实验5对流传热系数测定

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1、【实验目的】1.观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象2.测定空气在圆形直管内强制对流给热系数3.测定蒸汽在水平管外冷凝给热系数4.学会热电偶测温方法【实验任务】1.测定空气在圆形光滑直管中作湍流流动时对流传热准数关联式2.测定空气在螺旋槽管中作湍流流动时对流传热准数关联式【实验原理】对流传热的准数关联式为：??=???????????、?、?、?为待定参数，∵实验中测定的是空气在圆管内强制对流的对流传热准数，?∴忽略自然对流传热膜系数的影响（??≡0）；??∵温度变化不大，∴将??视为常数。∴有：???=????，?=?????实验过程中为套管换热器，外观套与内管

2、间为水蒸气，通过冷凝放热加热内管内通入的空气，传热稳定后，传热量（kJ∙s−1）为：?=????(?2−?1)=?o?o(?−?w)m=????(?w−?)m（1）?——受热流体密度（kg∙m−3），?——受热流体体积流量（m3∙s−1），?——受热流?体比热容（kJ∙kg−1∙℃−1），?、?——受热流体进口、出口温度（℃）。12?o、??——水蒸气分别对内管外壁的流量给热系数、对内管内壁的对流给热系数（W∙m−2∙℃−1），?、?——内管外壁、内壁传热面积（m2）。o??−?w?w−?(?−?w)?=，(?w−?)?=（2）ln?−ln?wln?w−ln??

3、——蒸汽进出口温度?1、?2的平均值（℃），?w——内管外壁进、出口温度?w1、?w2的平均值（℃），?——空气进、出口温度?1、?2的平均值（℃），?w——内管内壁温度（℃）。总传热速率方程：?=??∆?m（3）联立式（1）（2）（3）得：??∆?m=????(?2−?1)（4）而(?−?1)−(?−?2)?2−?1∆?m==（5）ln(?−?1)−ln(?−?2)ln(?−?1)−ln(?−?2)实验中内管为传热性很好的紫铜管，管壁薄，有：?−1=?−1+?−1?o且?≫?，∴?−1≫?−1，o??o?≈??（6）??为空气的传热膜系数。联立（1）（2）（3

4、）（4）（5）（6）得：????(?2−?1)????(?2−?1)?=??==?∆?m???∆?m?2−?1∆?m=ln(?−?1)−ln(?−?2)?1+?2?1+?2?=，?m=22本实验光滑紫铜管内径?=(20−2×1.5)mm=0.017m，?=1m；螺旋紫铜管?=17.8mm=0.0178m，?=1m。?1、?2、?1、?2均由控制台测得，计算出对应的?m后查取相应温度下的?、?值，?由控制台测得的流量?′换算得到：??′?=（m3∙s−1）3600空气的雷诺准数：?????????4????====?????2???横?∙4空气的努塞尔准数：???

5、???????(?2−?1)??===??????∆?m式中?、?分别为温度?m下的空气粘度和导热系数，计算出?m后查得。【实验装置与流程】实验装置如下图。空气由风机经孔板流量计送入套管换热器内管，水蒸气由蒸汽发生器送入玻璃套外管，套管换热器内空气与蒸汽隔着紫铜内管进行热交换，加热后的空气、冷凝水排入地沟。光滑紫铜管：ϕ20×1.5mm，?=1000mm；螺旋紫铜管：ϕ17.8mm，?=1000mm外套玻璃管：ϕ112×6mm，?=1000mm1.风机；2.孔板流量计；3.调节阀；4.套管换热器；5.蒸汽发生器；6.蒸汽阀；7.冷凝水排放阀；8.蒸汽调节阀；9.

6、冷凝水调节阀；10.不凝性气体排放阀※实验台蒸汽压力控制在10±0.5kPa【实验步骤】1.开总电源开关，打开仪表、巡检仪电源，开变频器电源，开风机，风量调到最大.2.确认蒸汽调节阀8、冷凝水调节阀9关闭后，打开冷凝水排放阀7、蒸汽阀6，将蒸汽发生器到装置管段的残留冷凝水排出，到有蒸汽从阀7排出时确认残留冷凝水排净，关阀7.3.开阀8至观察到玻璃管套内有蒸汽时关闭（必须观察到蒸汽缓缓进入管套，同时确保蒸汽压力表压力不超过0.025MPa），重复此步骤15~20min以充分预热管套，防止玻璃爆裂.4.打开阀8、阀9，调整蒸汽压力保持在10.0±0.5kPa，最高不

7、可超过25kPa，此时有少量蒸汽从阀9排出.5.通过仪表台和调节阀3调节空气流量，记录8组不同流量下的实验数据，每次改变流量后待系统换热充分稳定后（此时数据稳定）记录.6.保持风机开启，关闭阀8以冷却管套，再关闭风机、仪表电源、巡检仪电源、蒸汽发生器.【实验数据记录与处理结果】实验数据记录表光滑紫铜管：ϕ20×1.5mm，?=1000mm序?′??(℃)?(℃)?(℃)?(℃)?(℃)?(℃)????????号(??∙(??−???∙?−?)?−?)1.22.46.2247.371.7102.6101.399.499.32.21.05.8347.572.5102

8、.6101.399.49