4管内强制对流传热膜系数的测定-好

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1、212121212121212121实验四管内强制对流传热膜系数的测定一实验目的：(1)了解套管式管换热器的结构和传热热阻的组成。（2）学习测定流体间壁换热总传热系数的试验方法。（3）掌握近似法和简易Wilson图解法两种从总传热系数实验数据求取对流传热膜稀疏的数据处理方法。（4）掌握根据实验数据获得传热准数据经验公式的方法和数学工具。（5）掌握热电偶，UJ-36电位差计和长图式自动记录仪的使用方法。二实验任务：（1）在空气-水套管换热器中，测定一系列空气流量条件下冷，热流体进出，口温度。（2）通过能量衡算方程式和传热速率基本方程式计算总传热系数Kⅰ的实验值。（3）分别用近似法，简

2、易Wilson图解法求取空气侧对流传热膜系数。（4）根据实验获得对流传热膜系数和空气流速，整理得到怒塞尔书Nu与雷诺数Re之间的幂函数型经验公式。（5）把实验获得的经验公式与化工原理教材和参考书中的列出的同类公式进行比较，讨论其异同点。（6）根据实验装置情况分析实验测试数据的误差来源。三实验原理：流体与固体壁面间的对流传热过程可以用牛顿冷却定律描述：Q=AαΔt=αA(T-tw)式中:Q─总传热速率,W;α─对流传膜麽系数,W/m2K；A─传热面积,m2；T─流体温度,K；tw─固体壁面温度，K;由此得：α=Q/（AΔt）=Q/A(T-tw)对于多数应用情况而言，直接测量固体壁面

3、的温度是一件相当困难的任务，实验技术成本高且数据准确性差。对于两股流体间壁换热的情况，直接测量两股流体的温度却是一件相当容易的工作。因此，通过测量两股换热流体温度来推算某一侧流体与壁面间的对流传热系数就成为广泛应用的研究方法。1.近似法推算对流传热膜系数α总传热系数与对流传热膜系数之间的关系为1/K=1/α1+Rs1+bd1/λdm+Rs2d1/d2+d1/α2d2(4.1)式中α1─冷流体侧的对流传热膜系数，W/(m2*K);α2─热流体侧的对流传热膜系数，W/(m2*K);d1.d2─分别为换热管外径和内径，m；dm─换热管的平均直径，m；b─换热管壁直径，m；λ─换热管材料的

4、导热系数，W/(m*K);Rs1Rs2─换热管外侧和内侧的污垢热阻,m2*K/W;21本实验中，水流经套管换热器的环隙一侧，流态处于高度湍流，又是良好热流体，其对流传热膜系数可以达到1000{W/(m2*K)}以上；而流经换热管内的空气是不良导热流体，其对流传热膜系数只有几十{W/(m2*K)}。于是有1/α1»d1/(α2d2)(4.2)同时本实验装置的换热管材料是紫铜，是优秀的导热材料，其导热系数为383.8{W/(m*k)},而b值只有2mm，于是又有1/α1»bd1/λdm因此如果换热管两侧的污垢热阻Rs1，Rs2d1/d2可以忽略，则由式（4.1）可得近似关系:1/K≈1

5、/α1即α1≈K（4.3）由以上讨论可知，近似法的准确性取决于被忽略热阻与空气侧热阻之间的相对大小。1.简易Wilson图解法推算对流传热膜系数α简易Wilson图解法是基于以下假设条件：（1）对于换热管的待求侧，流体流速u对传热膜系数α的影响可以用幂函数描述：α=Cun（4.4）且幂指数n的值已知。对于本实验，空气侧的关系可以表示为α=Cu0.8（4.5）（2）除此之外的所有非待求热阻之值均与待求侧流体流速u无关。在本实验中，即当u1改变时，下式成立：Rs1+bd1/λdm+Rs2d1/d2+d1/α2d2=常数当以上假设条件成立时，令Y=1/KX=1/u0.8m=1/CB=Rs

6、1+bA1/λAm+Rs2A1/A2+A1/α2A2则式（4.1）可写成：Y=mX+B（4.6）实验测的一系列数据后，以1/u0.8为横坐标，1/K为纵坐标，标绘各点，则得到一条直线，记直线斜率为m则任一空气流速u下的对流传热膜系数α可由下式求得:α=u0.8/m(4.7)四实验操作步骤在仿真主界面选择“传热实验”，双击，输入学号，回车，点击“实验操作”按钮，进入实验操作界面。1.实验装置开车点击“开始实验”按钮，按以下步骤操作：（1）记录流量传感器的初值双击UJ-36电位差计，得一放大图，点击“读取数据”，记下初读数V0，点击“确定”。（2）启动风机点击总电源按钮，接通总电源，再

7、点击开风机电源按钮，启动风机。双击空气流量调节阀，点击阀门开度下方的加减按钮，使其流量达到最大。（3）开启冷却水双击冷却水流量调节阀，电极法门开度下方的加号按钮，调节开度达到最大。（4）开启加热器和温控器打开温控仪面板上的电源开关，再打开加热器。双击温控仪面板，得温控仪面板的放大图（自动）。（5）观察系统是否稳定21双击记录仪得一放大图，观察记录仪上记录套管换热器空气进，出温度的红，蓝记录笔标绘的记录曲线，若两线为平行的直线，说明系统已经稳定。2.测试操作当系统稳定后