间壁式换热备中传热系数和表面传热系数的测定.doc

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1、实验十四.间壁式换热设备中传热系数和表面传热系数的测定一、实验目的1.加深理解间壁式换热器的传热理论；2.了解实验组织方法，掌握热电偶测量壁温的方法；3.学会试验数据处理方法。二、实验装置图1实验装置布置示意图实验装置如图1所示，被测对象为套管式相变换热器。管外通由蒸汽发生器所产生的蒸汽，使其维持近似恒温发生冷凝放热。管内通空气，经加热从t1升至t2。换热管道内径18mm，壁厚2.0mm，管长1.3m。测量有如下装置：蒸汽压力表测量蒸汽压力；四个测温点分别为空气进出口温度t1、t2以及管外壁蒸汽进、出口处温度tw上、tw下；还有一个为蒸汽温度测量及控制装置；空气流量用转子

2、式流量计测量；在气泵出口设置了采用自来水冷却空气的换热管，从而保证在测试期间，进入测试管内的空气温度不会因为气泵流量的变化而造成温度改变。三、实验内容1．熟练实验原理和实验装置，学习正确使用各种测量仪表；图2传热过程示意图1．正确安排实验，测取有关实验数据；2．按要求整理实验数据；3．求管内Re和Nu，用作图法给出其关联式；4．对实验结果进行分析和讨论。二、基本原理1.传热过程分析本实验系统间壁式换热装置系由冷、热流体通过固体壁面进行热量交换。它是由热流体（蒸汽，下标标号为h）对固体壁面的对流换热，固体壁面的热传导和固体对冷流体（空气，下标标号为c）的对流换热三个传热过程

3、所组成。如图2所示。忽略了内外管壁面面积的不同，视为平壁面处理，则：由传热速率方程知，单位时间所传递的热量（1）而对流换热所传递的热量，对于冷、热流体均可由牛顿冷却定律表示（2）或（3）对固体壁面由热传导所传递的热量，则由傅立叶定律表示为（4）由热量平衡和忽略热损失，可将（2）、（3）、（4）式写成如下等式（5）所以（6）（7）2.管内空气表面传热系数无量纲化由于，（8）只要温度变化不大，hc只随uc而变。改变uc的简单方法是改变阀门的开度，这就是实验中的操作变量。由(8)式，π定理告诉我们，n–r=７－４＝３个无因次数群，即：（9）得：(10)（此处已去掉下标c，下同）

4、，上式针对空气侧强迫对流换热，由于温度变化范围不大，且空气物性随温度变化不大，故式(10)可改写为：(11)式中：。1.间壁式换热器理论依据热量平衡和传热方程，有：KAtm=qcρcCpc(t2-t1)(12)故：(13)其中(14)分别针对管外和管内，仿照式（12），得：其中：　　(15)(16)其中，T1、T2分别为蒸汽进出口温度，均可视为饱和温度。通过测定压力查表求得。一、实验步骤及仪表设定操作1．实验步骤1)在蒸汽发生器放入去离子水至液位管上段处，让水浸没加热电棒，以防烧坏；2)打开加热电源开关，水蒸汽发生器开始工作，约20min水开始沸腾，此时打开气源开关，启动

5、气泵，调节空气流量为20m3/h。待套管表面发热，打开套管底端法兰下的排气阀2～3次，排除不凝性气体；3)因为气泵原因，随着冷空气流量增加，冷空气进口温度会增加，所以在冷空气进入换热系统前，先经过一个小换热器。用水冷却，注意下进上出；4)整个实验操作热流体（蒸汽）的进口温度是恒定的，唯一改变的操作变量即冷空气转子流量计阀门开度，以达到改变流速的目的；5)待冷空气出口温度显示值保持5min以上不变时方可同时采集所需实验数据；6)按附录表1记录测试数据；7)数据采集结束后，先关加热电源，保持冷空气继续流动10min，以保证足够冷却套管换热器及壁温，保护热电偶接触正常；8)通过

6、放尽阀将蒸汽发生器内的水放尽。1．仪表设定操作上壁温下壁温冷流体出口温度冷流体进口温度蒸汽温度测定及控制图3温度显示及设定面板布置显示屏SET图4单个面板基本结构实验装置测定仪器显示面板共五块，布置位置如图3所示；除蒸汽温度显示及设定板略为复杂外，每个温度显示及设定板的外形基本相同，由若干按键及显示屏构成，如图4所示。在测定数据期间，不要乱揿按钮。特别不要对蒸汽温度设定板进行操作。如果各温度在实验之前互相之间相差1.0℃以上，要进行校准处理。具体操作严格按如下顺序进行：1.针对要调整的温度面板，按set键两次，使显示屏出现1102.同时按set键（先）和保持不动，使显示屏

7、出现SLO3.按set键十四次，直至显示屏出现pb14.再按set键一下，即进入修改基准数状态5.利用按键来设定温度差值数据，完成后按set键确定6.按黑○复位即可注意：请在pb1上修改，其他功能参数切忌改变！一、数据处理示例假定所测得参数如下：蒸汽压力Mpa空气流量m3/h空气进口温度℃空气出口温度℃下壁温℃上壁温℃0.0201535.578.995.296.0计算过程如下：由℃，查得ρc=1.07kg/m3，Cpc=0.2404kcal/kg℃，μ=19.95μPa·s，λ=0.0287w/m℃，Pr＝0.669（1）热负