实验五 空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定.doc

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1、实验五空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定一、实验目的1、通过实验掌握传热膜系数α的测定方法，并分析影响α的因素；2、掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数C和指数m、n的方法；3、通过实验提高对α关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；4、掌握测温热电偶的使用方法。二、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变化时对流传热准数关联式一般形式为：Nu=CRemPrnGrp对强制湍流，Gr准数可以忽略。Nu=CRemPrn本实验中，可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数m、n和系数C。用图

2、解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可取n=0.4（实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程：在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中得到系数C，即用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到C、m、n。可以看出对方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。雷诺准数努塞尔特准数普兰特准数d—换热器

3、内管内径（m）α1—空气传热膜系数（W/m2·℃）ρ—空气密度（kg/m3）λ—空气的导热系数（W/m·℃）p—空气定压比热（J/kg·℃）实验中改变空气的流量以改变准数Re之值。根据定性温度计算对应的Pr准数值。同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值。进而算得Nu准数值。因为空气传热膜系数α1远小于蒸汽传热膜系数α2，所以传热管内的对流传热系数α1约等于冷热流体间的总传热系数K。则有牛顿冷却定律：Q=α1AΔtmA—传热面积（m2）（内管内表面积）Δtm—管内外流体的平均温差（℃）其中：Δt1=T-t1,Δt

4、2=T-t2T—蒸汽的温度，℃传热量Q可由下式求得：Q=wp（t2-t1）/3600=Vρp（t2-t1）/3600w—空气质量流量（kg/h）V—空气体积流量（m3/h）t1,t2—空气进出口温度（℃）实验条件下的空气流量V（m3/h）需按下式计算：—空气入口温度下的体积流量（m3/h）—空气进出口平均温度（℃）其中可按下式计算ΔP—孔板两端压差（KPa）—进口温度下的空气密度（kg/m3）本实验装置是两条套管换热器，其中一条内管是光管，另一条内管是螺旋槽管，分别测定和对比流体在两种管内强制对流时的传热膜系数。三、实验内

5、容1、测定水蒸汽—空气物系在常用流速范围内的传热膜系数；2、.先设定一种操作条件，待达到定态操作后，再增加50%的热（或冷）流体量，并维持热（或冷）流体的进出口温度不变。你认为应采取哪些措施。在实验中实施之。四、实验方法1、首先用蒸汽发生器加热产生蒸汽，打开光管侧风机，调节孔板流量计R值约为20左右。2、待进口温度t1稳定在35°C左右，蒸汽发生器停止加热，打开光管侧蒸汽进气阀，开始读取温度T、t1、t2、t壁，孔板流量计R值及孔前表压Rp，将这些数据记录在实验记录表上。3、改变孔板流量R值约为30，再测取以上数据并记录

6、，大约做5组数据。4、然后打开蒸汽放气阀，让蒸汽发生器再次加热，直至其停止加热，同样再做5组数据，重复几次，将数据记录到实验记录表上。5、实验结束，先关闭蒸汽发生器加热电源，待系统冷却后，再停风机。五、实验装置和流程1.风机2.流量计3.调节阀4.蒸汽套管5.视镜6.温度计7.热电偶8.安全阀9.压力表10.压差计11.蒸汽阀12.放气考克13.疏水器14.热电偶转换开关图4实验流程图六、数据记录与处理管型：管内径：17.8mm室温：oC实验日期：大气压强：（mmHg）序号进口温度t1（°C）出口温度t2（°C）蒸汽温度

7、T（°C）管壁温度t壁（°C）计前表压Rp（mmHg）流量计示值R（mmH2O）管子压差△P（mmH2O）123456781、数据的计算整理及列表：（a）对数平均温度，定性温度：△tm=（oC）t定=（t1+t2）/2（oC）（b）密度的计算：=0.4645()（kg/m3）式中：Pa—大气压强（mmHg），可取当地全年平均大气压强计算；Rp—流量计前端被测介质表压强，mmHgt—流量计前介质温度（oC）,可取t=t1（c）质量流量（Vs）查产品说明书得流量系数C′=0.001233Vs=0.001233(kg/s)R－压

8、差计示值，mmH2O（d）雷诺数（Re）的计算：Re=注：在0-120oC范围内，μ可按下式计算：μ=1.72×10-5+4.77×10-8t定（e）实测的Nu数：Nu测=其中Cp：0-70oC范围内，Cp=1.005（kJ/kg·k）；t定=70~120oCCp=1.009（kJ/kg·k）在t定=4