空气-蒸汽给热系数测定-----实验报告

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1、空气－蒸汽给热系数测定一、实验目的1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法；2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁的冷凝现象；3、理解强化传热对传热系数的影响；4、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。二、基本原理在工业生产过程中，冷、热流体普遍地系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程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冷流体的对流传热所组成。达到传热稳定时，有式中：Q－传热量，J/s；

2、m1－热流体的质量流率，kg/s；cp1－热流体的比热，J/(kg·℃)；T1－热流体的进口温度，℃；T2－热流体的出口温度，℃；m2－冷流体的质量流率，kg/s；cp2－冷流体的比热，J/(kg·℃)；t1－冷流体的进口温度，℃；t2－冷流体的出口温度，℃；α1－热流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2·℃)；A1－热流体侧的对流传热面积，m2；(T-Tw)m－热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；α2－冷流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2·℃)；A2－冷流体侧的对流传热面积，m2；(tw-t)m－固体壁面与

3、冷流体的对数平均温差，℃；K－以传热面积A为基准的总给热系数，W/(m2·℃)；Δtm－冷热流体的对数平均温差，℃；冷、热流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算，由式（4－1）得，实验测定m2 、t1、t2、T1、T2 ，并查取下冷流体对应的cp2、换热面积A，即可由上式计算得总给热系数K。下面用近似法求算对流给热系数：以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为：式中：d1－  换热管外径，m；d2  －  换热管内径，m；dm  －  换热管的对数平均直径，m；b－  换热管的壁厚，m；－  换热管材

4、料的导热系数，W / (m ·  ℃)；RS1 －  换热管外侧的污垢热阻， m 2  K /W ；RS2 －  换热管内侧的污垢热阻， m 2 K /W 。用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百W/m2K ；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数可达~104W/m2K左右，因此冷凝传热热阻可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为383.8W/m2K ，壁厚为2.5mm，因此换热管壁的导热热阻也可忽略。若换热管内侧的污垢热阻也忽略不计

5、，则由式（4-7）得，由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的总传热系数准确性就越高。4．冷流体物性与温度的关系式在 0～100℃之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式。（1）空气的密度与温度的关系式：（2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下 Cp＝1005J/(kg℃)，70℃以上Cp＝1009J/(kg℃)。（3）空气的导热系数与温度的关系式： （4）空气的黏度与温度的关系式：三、实验装置与流程1．实验装置实验装置如图4-1所示。图4-1空气-水蒸气换热流程图四、实验步骤（一）

6、实验步骤1、打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，观察仪表显示是否正常。2、在蒸汽发生器中灌装清水，开启发生器电源，使水处于加热状态。到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。3、打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，让套管换热器里充有一定量的空气。4、打开冷凝水出口阀，排出上次实验残留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定开度。5、关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，通过蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时，说明管道中残余的冷凝水已经排除干净

7、，则关闭冷凝水排除阀，进行下一步实验。6、通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐充满系统中，使系统由“冷态”逐渐转变为“热态”，此过程不得少于10分钟。7、上述准备工作结束，系统已处于“热态”。通过调节蒸汽进口阀和冷凝水排空阀开度使蒸汽进口压力维持在0.01MPa。8、向其中的一根管路通入空气，可通过组态软件或者仪表，调节风机转速来改变冷流体的流量，在每个流量下，必须等热交换过程稳定后方可记录实验数值。改变流量，记录不同流量下的实验数值，记录6～8组实验数据。9、然后向另一根紫铜管通入空气，

8、重复操作步骤8，测量另一根管的传热系数。10、实验结束，先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进口阀，关闭仪表电源，待系统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，关闭冷凝水出口阀，关闭总电源。待蒸汽发生器内的水冷却后将发生器内的残余水排尽。五、数据记录和处理5.1数据记录光滑管(未加强)——内管冷流体流量冷流体进口温度（）冷流体出口温度（）热流体进口温度（）