对流传热系数的测定实验指导书

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1、对流传热系数的测定实验指导书1训练目的：1.1熟悉换热装置中的各种设备及名称、各类测量仪表及名称、控制阀门的作用、冷热流体进出口位置等。1.2了解换热器的结构，掌握对装置的试压、试漏等操作技能。1.3掌握传热系统的流程和开、停车步骤及常见事故的处理方法。1.4学会对流传热系数的测定方法。1.5测定空气在圆形直管内（或螺旋槽管内）的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关系式。1.6了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。2.实验内容：测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进出口温度，求得空气在管内的对流传

2、热系数。3基木原理3.1准数关系式对流传热系数是研究传过程及换热性能的一个很重要的参数。在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换,由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对流传热所组成。由单位传热速率议程式知，单位时间、单位传热面积所传递的热量为q=K(T-t)而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示q=af(T—Twl)W/°C；W/m2；或q=a・(tw2—t)式中q—传热量，a—给热系数,T

3、—热流体温度,°C；°C；t—冷液体温度,Twl.如2—热冷液体的壁温，°C；下标：C—冷侧面h—热侧由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，冃前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各种因素下对流传热系数的定量关系。为了减少实验工作量，釆用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方块字程。在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系数的变化规律可用如下准数关联式表示Nu=CRe

4、mPrn=ad/XRc=dup/y=dw/A(1Np—努塞尔特准数;Re—雷诺准数；Pr—普兰特准数；w—空气的质量流量，kg/s；d—热管内径，m；A—换热管截面积，m2；卩一定性温度下空气的粘度，PaS；X一定性温度下空气的导热系数，W/(m・°C)；a—对流传热系数，W/(m2-°C)；当流体被加热吋，n=0.4；被冷却吋,n=0.3o此式的适用范H：RC>10000,0・7VP「V120,长与管径比L/d>60,低粘度的流体(<2倍常温下水的粘度)。计算各物理量的定性温度用进出口温度的算术平均值。对空气而言

5、，在较大的温度和压力范围内P「准数实际上保持不变，取Pr=0.7o因空气被加热,取11=0.4,则N产C‘・Rc"'(C=CPrn=0.867C)对丁螺旋槽管的准数关联式：Nu=0.00406Re101753.2对流传热系数a的测定在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管内通空气，水蒸汽冷凝放热加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数a：与总传热系数K有以下关系：m;l/K=l/ai+8/X+l/ao§—管壁厚度，九一管壁材料的导热系数，W(m-°C)；空一管内对流传热系数，W(m2•°C)；a°—管处对流传热系

6、数，W(m2-°C)O因管内流动的是空气，管外流动的是水蒸汽，所以两侧污垢热阻可不计。式中5久为黄铜管壁热传导的热阻，数值很小，1/a。为蒸汽冷凝膜的热阻，与1/缶相比很小可以忽略，所以K"%根据传热速率议程和热量衡算式有如下关系Q=KSAtm=WCp（t出_t进）其中Atm=Q—传热速率，WK总传热系数，W/(m2・°C)W—空气的质量流量，kg-SCp—空气的平均比热，J(kg-°C)T出一空气的出口温度，°CT进一空气的进口温度，°CAt—对数平均温度羌，°CT—蒸汽温度，°CT是，Q=aisAtm=WCp(

7、t出—t进)从而得到管内空气对流传热系数的计算式Hi=式中Vs—空气的体积流量，m3/s;p—流经流量计处空气密度，kg/n?.所以当传热达到稳定后，用蒸汽温度可计算出"m,,利用仪器测出各数据，就能计算出实测值％,从而整理出Nu准数与&之间的函数关系，最后确定出式中的C与指数01。3.3・&与Np的计算Re=dup/

8、i=4Vp/7id

9、i=l.274Vp/di

10、i式屮di一管内径，m;

11、i—定性温度下空气的粘度，PaS.Nu=ajdi/X式中九一定性温度下空气的导热系数，W/(m-°C)o3・4.流量的测定和密

12、度的计算p=l.293X273/760X(Pa+Rp)/(273+t)式中Pa—人气压强(可取当地人气压强)，mmHg;Rp—流量计前端被测介质表压强，mmHg;t一流量计前端被测介质温度(可取t=t进)°C.VS=VO式中Vo—转子流量计的读数；pgo—标定转子时空气的密度；Ps—实际操作情况时气体密度.4・实验装置及流程4・1实验流程本实验装置由两套套管