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文檔簡介
強制對流傳熱系數(shù)的測定
化工原理實驗一、試驗?zāi)康募叭蝿?wù)
2、通過實驗掌握確定傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)A和指數(shù)m、n的方法。1、掌握傳熱膜系數(shù)及傳熱系數(shù)K的測定方法。3、掌握測溫?zé)犭娕嫉氖褂梅椒ā?/p>
4、通過實驗提高對關(guān)聯(lián)式的理解,并分析影響的因素,了解工程上強化傳熱的措施。二、基本原理
1、對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù),當(dāng)流體無相變化時對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的一般形式為:
◆對強制湍流,準(zhǔn)數(shù)可以忽略。
則
2、本試驗中,可用圖解法和最小二乘法計算準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的指數(shù)m、n和系數(shù)A
。
◆用圖解法對多變量方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)時,可取n=0.4,這樣就簡化成單變量方程。兩邊取對數(shù),得到直線方程:◆在雙對數(shù)座標(biāo)系中作圖,找出直線斜率,即為方程的指數(shù)m。在直線上任取一點的函數(shù)值代入方程中得到系數(shù)A,即:
3、用圖解法,根據(jù)實驗點確定直線位置,有一定的人為性。而用最小二乘法回歸,可以得到最佳關(guān)聯(lián)結(jié)果。
◆應(yīng)用小型電子計算機,對多變量方程進(jìn)行一次回歸,就能同時得到A、m、n?!艨梢钥闯鰧Ψ匠痰年P(guān)聯(lián),首先要有、、的數(shù)據(jù)組。
◆試驗中改變空氣的流量以改變準(zhǔn)數(shù)之值。根據(jù)定性溫度計算對應(yīng)的準(zhǔn)數(shù)值。同時由牛頓冷卻定律,求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)值。
◆由上進(jìn)而算得準(zhǔn)數(shù)值。
★牛頓冷卻定律:式中:——傳熱膜系數(shù)
——傳熱量
A——總傳熱面積(圓管內(nèi)表面積)——管內(nèi)壁面溫度和管內(nèi)流體溫度的對數(shù)平均溫差。
☆
傳熱量可由下式求得:式中:W—質(zhì)量流量
—流體定壓比熱,—流體進(jìn)出口溫度
◆
以空氣為介質(zhì)的實驗及其傳熱量Q計算中的質(zhì)量流量W為:
其中:
式中:V—空氣轉(zhuǎn)子流量計在操作狀態(tài)下示值
—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量、—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度273和壓力760公式來源、—轉(zhuǎn)子流量計標(biāo)定狀態(tài)下溫度293和壓力760
、—轉(zhuǎn)子流量計使用狀態(tài)下溫度和壓力
◆
空氣轉(zhuǎn)子流量計狀態(tài)壓力由流量計前U型管表壓計測出?!粲蛇M(jìn)口溫度計測出。三、裝置和流程
◆本試驗裝置共四套,內(nèi)管均為黃銅管,管內(nèi)徑為20[mm]有效長度均為1.975[m]。
◆管壁溫度由四對鎧裝熱電偶并聯(lián)連接測得,即為管壁平均溫度。
熱電偶毫伏—溫度關(guān)系公式表示:
1.設(shè)備及測量儀表:見圖第一套
第二套
第三套
第四套
式中:為壁溫(℃),為輸出熱電勢(mV)。
2、實驗流程:
流程符號設(shè)備1.壓差計2.流量調(diào)節(jié)閥3.轉(zhuǎn)子流量計4.備用閥5.玻璃溫度計6.黃銅管7.外套管8.放氣咀9.壓力表10.蒸汽流量調(diào)節(jié)閥11.鎧裝熱電偶12.放氣咀13.泄水閥14.玻璃溫度計15.排氣閥16.冰瓶17.轉(zhuǎn)換開關(guān)18.UJ—63電位差計19.排氣閥20.疏水器21.羅茲鼓風(fēng)機符號說明★
冷空氣由風(fēng)機21經(jīng)傳子流量計3計量后,流入內(nèi)管并與套管環(huán)隙中之蒸汽換熱??諝獾牧髁靠靠刂崎y2調(diào)節(jié),空氣的進(jìn)出口溫度由玻璃溫度計5,14測量。
★加熱蒸汽由總蒸汽管道經(jīng)過自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后,再經(jīng)閥門10進(jìn)入套管環(huán)隙,與內(nèi)管中冷空氣換熱。流程
★套管換熱器所需蒸汽壓強由蒸汽閥門10控制,由彈簧管壓強計9測量。蒸汽溫度則用鎧裝熱電偶11測定。
★加熱蒸汽放熱冷凝,由疏水器20排出。為了排除套管環(huán)隙中積存的不凝性氣體(如空氣)。熱交換器一端裝有放氣咀8。
★熱交換器入口有一定長度的穩(wěn)定段,以消除端效應(yīng)。
★為了測定內(nèi)管管壁的溫度,在內(nèi)管壁上等距焊有四對熱電偶,熱電偶熱端用銅焊在內(nèi)管(黃銅管)上預(yù)先銑好的凹槽中。熱電偶材料為鎳鉻——鎳鋁。
★
熱電偶由法蘭中間引出后,經(jīng)冷端至轉(zhuǎn)換開關(guān),17和UJ—36電位差計18。熱電偶冷端置于冰瓶16中。
★外套管由五段法蘭聯(lián)接的鋼管制成,這是為了便于安裝鎧裝熱電偶。管外包有聚氨酯泡沫塑料保溫。四、操作要點
㈠.在實驗開始前,必須掌握UJ—63電位差計的使用方法。
㈡.
實驗開始時,先通空氣。再通加熱蒸汽。并打開放氣咀8,待空氣排凈后再關(guān)小,但在整個實驗過程中,它始終微開(以冒少量蒸汽為宜),以便不凝性氣體能連續(xù)排除。
㈢.測取數(shù)據(jù)方法為:
▲首先將空氣流量控制在某一值(可從低流速開始),再把加熱蒸汽壓強維持在某一定值(0.5~1kg/cm,用閥10來調(diào)節(jié))。
▲
待蒸汽壓強,空氣流量以及進(jìn)、出口溫度都穩(wěn)定后,記錄數(shù)據(jù)。維持蒸汽壓強不變,改變空氣的流量(8~10次)。重復(fù)實驗。同時記錄數(shù)據(jù)。
注意:
◆調(diào)節(jié)空氣流量時,保證管內(nèi)流速呈湍流狀態(tài);取點時,使其在雙對數(shù)坐標(biāo)系上描點均勻。。
◆
特別注意每改變一流量,要使操作穩(wěn)定后再讀取數(shù)據(jù)。特別是小流量時尤是如此。
◆空氣調(diào)節(jié)閥要緩緩開啟,以免轉(zhuǎn)子上升過快,撞碎玻璃管。
㈣結(jié)束后,先關(guān)蒸汽閥門,再??諝?。清理。
五、報告要求⑵整理出流體在圓管內(nèi)作強制湍流流動時的傳熱膜系數(shù)半經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。⑴在雙對數(shù)坐標(biāo)系繪出對Re的關(guān)系曲線。
⑶將實驗得到的半經(jīng)驗準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式和公認(rèn)式進(jìn)行比較。并分析造成偏差的原因。⑷計算不同流速下的總傳熱系數(shù)K值。六、討論題⒈本實驗中管壁溫度應(yīng)接近加熱蒸汽溫度還是空氣溫度?為什么?
⒉以空氣為被加熱介質(zhì)的實驗中,當(dāng)流量增大時,管壁溫度將發(fā)生什么變化?為什么?
3.管內(nèi)空氣流動速度對傳熱膜系數(shù)有何影響?當(dāng)空氣流量增大時,空氣離開熱交換器時的溫度將升高還是降低?為什么?⒌測取數(shù)據(jù)前,為什么要排不凝性氣體?如果輸水器操作不良,會導(dǎo)致什么后果?
⒍試估算被加熱介質(zhì)空氣一邊的熱阻所占總傳熱熱阻的百分比。
4.如果采用不同壓強的蒸汽進(jìn)行實驗,對式的關(guān)聯(lián)有沒有影響?
7.
以空氣為介質(zhì)的傳熱實驗中雷諾準(zhǔn)數(shù)Re最好應(yīng)如何計算.?七、附錄(轉(zhuǎn)子流量計狀態(tài)校正公式)★
轉(zhuǎn)子流量計流量公式如下:
式中:V—流量計刻度值;
—轉(zhuǎn)子流量計的孔流系數(shù);
—環(huán)隙截面積;
★列出流量計標(biāo)定時和使用時的流量:
及
—轉(zhuǎn)子體積;
—轉(zhuǎn)子材料密度;
—流體密度;
—轉(zhuǎn)子最大部分截面積
?!飳Φ蛪簹怏w服從理想氣體狀態(tài)程,代入得:因為轉(zhuǎn)子浮升高度相同,,,相同可約去孔流系數(shù),也可認(rèn)為不變
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