實驗指導-對流傳熱系數(shù)的測定

對流傳熱系數(shù)的測定實驗實驗目的掌握對流傳熱系數(shù)的測定方法；學習確定對流傳熱關聯(lián)式中系數(shù)A和指數(shù)的方法；了解套管換熱器的結構；學習測溫熱電偶的使用方法。實驗內容測定空氣在套管換熱器內管中作強制對流時的對流傳熱系數(shù)；利用圖解法確定準數(shù)關聯(lián)式中的常數(shù)A和。實驗原理對流傳熱系數(shù)是研究傳熱過程和換熱器性能的重要參數(shù)。本實驗以空氣為冷流體流過套管換熱器的內管，飽和水蒸汽作為熱流體流過環(huán)隙，故以下僅就空氣在圓形直管內作強制湍流流動時的對流傳熱系數(shù)的測定進行討論?？諝庠诠軆缺患訜?，據(jù)牛頓冷卻定律有：式中,傳熱量Q，W；A:空氣在管的內表面積，m2T:傳熱管內表面的平均溫度,℃t:空氣的平均溫度,℃t1:空氣進口溫度，℃t2:空氣出口溫度，℃。因傳熱管為紫銅管，導熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故可認為近似于傳熱管外壁表面的平均溫度。對于強制對流，準數(shù)Gr可忽略，故式中系數(shù)A和指數(shù)可用圖解法和多元線性回歸法確定。本實驗采用圖解法。用圖解法對多變量方程進行關聯(lián)時，要對不同變量和分別回歸。為便于掌握此關聯(lián)方法，可取你＝0.4（因實驗中空氣被加熱），這樣就把多變量方程簡化為單變量方程了。即或對上式兩邊取對數(shù)，得一直線方程在雙對數(shù)坐標系中以為縱坐標，為橫坐標，對實驗數(shù)據(jù)進行標繪時，所得直線的斜率即為方程式中的指數(shù)。系數(shù)A可由截距求出。四.設備主要技術數(shù)據(jù)1. 傳熱管參數(shù):表1實驗裝置結構參數(shù)實驗內管內徑di（mm）20.00實驗內管外徑do（mm）22.0實驗外管內徑Di（mm）50實驗外管外徑Do（mm）57.0測量段（紫銅內管）長度l（m）1.00強化內管內插物（螺旋線圈）尺寸絲徑h（mm）1節(jié)距H（mm）40加熱釜操作電壓≤200伏操作電流≤10安2.空氣流量計(1)由孔板與壓力傳感器及數(shù)字顯示儀表組成空氣流量計?？諝饬髁坑晒絒1]計算。（第1套）………………[1]其中，-20℃下的體積流量，m3/h；-孔板兩端壓差，Kpa-空氣入口溫度（及流量計處溫度）下密度，kg/m3。(2)要想得到實驗條件下的空氣流量V(m3/h)則需按下式計算:…………[2]其中，V-實驗條件（管內平均溫度）下的空氣流量，m3/h；-換熱器管內平均溫度，℃；t1-傳熱內管空氣進口（即流量計處）溫度，℃。3.溫度測量(1)空氣入傳熱管測量段前的溫度t1(℃)由電阻溫度計測量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。(2)空氣出傳熱管測量段時的溫度t2(℃)由電阻溫度計測量，可由數(shù)字顯示儀表直接讀出。(3)管外壁面平均溫度tw(℃)由數(shù)字式毫伏計測出與其對應的熱電勢E(mv),熱電偶是由銅─康銅組成),再由E根據(jù)公式計算得到:tw(℃)=1.2705＋23.518×E(mv)4.電加熱釜是產(chǎn)生水蒸汽的裝置,使用體積為7升(加水至液位計的上端紅線),內裝有一支2.5kw的螺旋形電熱器,當水溫為30℃時,用200伏電壓加熱,約25分鐘后水便沸騰,為了安全和長久使用,建議最高加熱(使用)電壓不超過200伏(由固態(tài)調壓器調節(jié)5.氣源(鼓風機)又稱旋渦氣泵,XGB─2型,由無錫市儀表二廠生產(chǎn),電機功率約0.75KW(使用三相電源),在本實驗裝置上,產(chǎn)生的最大和最小空氣流量基本滿足要求,使用過程中,輸出空氣的溫度呈上升趨勢。6.穩(wěn)定時間是指在外管內充滿飽和蒸汽,并在不凝氣排出口有適量的汽(氣)排出,空氣流量調節(jié)好后,過15分鐘,空氣出口的溫度t2(℃)可基本穩(wěn)定。五.實驗設備流程圖:見附圖所示。普通套管換熱器；2、內插有螺旋線圈的強化套管換熱器；3、蒸汽發(fā)生器；4、旋渦氣泵；5、旁路調節(jié)閥；6、孔板流量計；7、風機出口溫度（冷流體入口溫度）測試點；8、9空氣支路控制閥；10、11、蒸汽支路控制閥；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位計；18、冷凝液回流口附圖：空氣-水蒸氣傳熱綜合實驗裝置流程圖六.實驗方法及步驟1.實驗前的準備,檢查工作.(1)向電加熱釜加水至液位計上端紅線處。(2)向冰水保溫瓶中加入適量的冰水,并將冷端補償熱電偶插入其中。(3)檢查空氣流量旁路調節(jié)閥是否全開。(4)檢查蒸氣管支路各控制閥是否已打開。保證蒸汽和空氣管線的暢通。(5)接通電源總閘，設定加熱電壓，啟動電加熱器開關，開始加熱。2.實驗開始人工實驗操作(1).合上電源總開關。(2).打開加熱電源開關,設定加熱電壓(不得大于200V),直至有水蒸氣冒出,在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣。實驗裝置面板圖(3).啟動風機并用放空閥來調節(jié)流量,在一定的流量下穩(wěn)定5—10分鐘后分別測量空氣的流量,空氣進,處口的溫度，由溫度顯示儀和切換開關（0-光滑管空氣入口溫度；1-光滑管空氣出口溫度；2-粗糙管空氣入口溫度；3-粗糙管空氣出口溫度；4-加熱器內溫度）,換熱器內管壁面的溫度由毫伏顯示儀和切換開關（0-光滑管壁面熱電勢；1-粗糙管壁面熱電勢）測得。然后,在改變流量穩(wěn)定后分別測量空氣的流量,空氣進,處口的溫度,壁面溫度后繼續(xù)實驗。(4).實驗結束后,依次關閉加熱電源、風機和總電源。一切復原。計算機數(shù)據(jù)采集：(1).啟動計算機并按照操作說明進行操作.(2).合上電源總開關,打開加熱電源開關,設定加熱電壓(電壓設定見附錄不得小于200V),直至有水蒸氣冒出,在整個實驗過程中始終保持換熱器出口處有水蒸氣。(3).計算機數(shù)據(jù)采集實驗(a).用放空閥來調節(jié)流量,待操作穩(wěn)定后計算機分別對空氣流量,空氣進出口溫度,水蒸氣進出口溫度進行采集.(b).在改變流量穩(wěn)定后分別測量空氣的流量,空氣進,處口的溫度,換熱器水蒸氣溫度.繼續(xù)進行實驗.(c).計算機對所有的實驗數(shù)據(jù)進行計算和整理,得出實驗結果,并通過顯示器和打印機顯示或打印出來.(d).通過顯示器和打印機顯示或打印出實驗結果.七．注意事項：1.實驗前將加熱器內的水加到指定的位置,防止電熱器干燒損壞電器。2.計算機數(shù)據(jù)采集和過程控制實驗時應嚴格按照計算機使用規(guī)程操作計算機.采集數(shù)據(jù)和控制實驗時要注意觀察實驗現(xiàn)象。3.剛剛開始加熱時,加熱電壓在(180V)左右。4.