实验四 对流给热系数测定.pdf

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1、南京工业大学化工原理实验报告实验四、对流给热系数测定实验日期：2016.11.19一、实验目的1、观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；2、测定空气或水在圆形直壁管内外冷凝系数；3、测定蒸汽在水平管外冷凝给热系数；4、掌握热电阻测温方法。二、基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以水，水蒸气冷凝放热以加热水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：VC（t-t）A（T-T）A（t-t）（4-1）p2100wmiiwm3式中V——被加热流体体积流量，m/s；3ρ——被加热流体密度，kg/m；Cp——被加热流体平均比热容，J/

2、（kg·℃）；αo，αi——水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流发给热系数，W/（m2·℃）；t1，t2——被加热流体进、出口温度，℃；Ao，Ai——内管的外壁、内壁的传热面积，m2；（T-Tw）m——水蒸气与外壁的对流平均温度差，℃；（T-T）（-T-T）1w12w2（T-T）（4-2）wmT-T1w1lnT-T2w2T1，T2——蒸汽进出口温度，℃；（tw-t）m——内壁与流体间的对数平均温度差，℃；（t-t）（-t-t）w11w22（t-t）（4-3）wmt-tw11lnt-tw22Tw1，Tw2，tw1，tw2

3、——外壁和内壁上进出口温度，℃。由式（4-1）、（4-2）、（4-3）可得：VC(tt)p21（4-4）oA(TT)owm1南京工业大学化工原理实验报告VC(tt)p21iA(tt)owm（4-5）在水平管外，蒸汽冷凝给热系数，可由下列半经验公式求得：23gr10.725（）4odto（4-6）2式中αo——蒸汽在水平管外的冷凝给热系数，W/（m·℃）；λ——水的热导率，W/（m·℃）；2g——重力加速度，9.81m/s；3ρ——水的密度，kg/m；r——饱和蒸汽的冷凝潜热，J/Kg；2μ——水的粘度，N

4、·s/m；do——内管外径，m；Δt——蒸汽的饱和温度ts和壁温tw之差，℃；式中，定性温度除冷凝潜热为蒸汽饱和温度外，其余均取液膜温度，即tm=（ts+tw）/2，其中：tw=（Tw1+Tw2）/2。流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得：0.80.4湍流时：0.023RePr（4-7）idi2式中αi——流体在直管内强制对流时的给热系数，W/（m·℃）；λ——流体的热导率，W/（m·℃）；di——内管内径，m；Re——流体在管内的雷诺数，无量纲；Pr——流体的普兰特常数，无量纲。式中，定性温度均为流体的平均温度

5、，即tf=（t1+t2）/2。三、实验装置与流程图4-1水蒸气~水对流给热系数测定实验装置流程2南京工业大学化工原理实验报告四、实验步骤与注意事项（1）检查仪表，蒸汽发生器及测温点是否正常；（2）打开总电源开关、仪表电源开关；（3）关闭电动调节阀两端的阀门，开启旁路阀，使管内通以一定量的水，排除管内空气；（4）排除蒸汽管线中原积存的冷凝水；（5）排净后，关闭蒸汽管冷凝水排放阀8，打开进气系统的蒸汽调节阀7，使蒸汽缓缓进入换热器环隙以加热套管换热器，再打开换热器冷凝水排放阀9，使环隙中冷凝水不断地排至地沟；（6）仔细调节进系统蒸汽调节阀7的

6、开度，使蒸汽压力稳定保持在0.02MPa以下，以保证在恒压调节下操作，再根据测试要求，由大到小逐渐调节手动调节阀10的开度，合理确定3个实验点，待稳定后，分别从控制面板上读取有关参数，（7）实验结束，首先关闭蒸汽总阀，切断设备的蒸汽来路，经一段时间后，再关闭水手动旁路调节阀，然后关闭蒸汽发生器、仪表电源开关及切断总电源。五、实验数据及数据处理表4-1对流给热系数测定实验数据记录实验次流量Vt1t2Tw11Tw12Tw13Tw21Tw22Tw23T1T2数/（m3/h）/℃/℃/℃/℃/℃/℃/℃/℃/℃/℃10.5020.535.776.

7、882.085.679.479.079.0102.7102.721.0020.432.477.682.686.873.875.875.8102.5102.531.7020.429.878.977.182.574.476.476.4103.1103.1计算示例：定性温度tm=（t1+t2)/2=28.1℃28.1℃时查附录可得水的物性参数：33Cp=4.185×10J/（kg·K）ρ=998.24kg/mTw1=（Tw11+Tw12+Tw13)/3=81.47℃tw1≈Tw1=81.47℃Tw2=（Tw21+Tw22+Tw23)/3=79.

8、13℃Tw2≈Tw2=79.13℃T1-Tw1=102.7-81.47=21.23℃T2-Tw2=102.7-79.13=23.57℃tw1-t1=81.47-20.5=60.97℃tw2-t