对流给热系数

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1、化工原理实验报告实验名称：对流给热系数测定实验学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工班姓名：学号：同组者姓名：指导教师：日期：8一、实验目的1.观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；2.测定空气在圆直管内强制对流给热系数；3.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。4.掌握热电阻测温的方法。二、实验原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：VρCP(t2－t1)＝αiAi(tw－t)m（1-1）

2、式中：V——被加热流体体积流量，m3/s；ρ——被加热流体密度，kg/m3；CP——被加热流体平均比热，J/(kg·℃)；αi——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)；t1、t2——被加热流体进、出口温度，℃；Ai——内管的外壁、内壁的传热面积，m2；(T－TW)m——水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃；（1-2）(tw－t)m——内壁与流体间的对数平均温度差，℃；（1-3）式中：T1、T2——蒸汽进、出口温度，℃；Tw1、Tw2、tw1、tw2——外壁和内壁上进、出口温度，℃。当内管材料导热性能很好，即λ值很大，

3、且管壁厚度很薄时，可认为Tw1＝tw1，Tw2＝tw2，即为所测得的该点的壁温。由式（1-3）可得：（1-4）若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积Ai，以及水蒸气温度T，壁温Tw18、Tw2，则可通过式（1-4）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi。1．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：湍流时：（1-5）式中：αi—— 流体在直管内强制对流时的给热系数，W/(m2·℃)； λ——流体的导热系数，W/(m2·℃)；di——内管内径，m；  Re——流体在管内的雷诺数，无因次；  

4、Pr——流体的普朗特数，无因次。上式中，定性温度均为流体的平均温度，即tf=(t1+t2)/2。过渡流时：αi’＝φαi（1-6）式中： 修正系数，⒉对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为（1-7）其中：，，物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tf查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：（1-8）这样通过实验确定不同流量下的Rei与，然后用线性回归方法确定A和m的值。一、实验装置流程示意图1、实验装置实验

5、装置如图1a所示，实验装置工作流程如图1b所示。8图1a传热系数测定实验装置图来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水经阀门排入地沟。空气经孔板流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。图1b传热系数测定装置工作流程图1风机2孔板流量计3阀门4空气入口温度计5，6蒸汽入口温度计7空气出口温度计8套管换热器9，14蒸汽入口控制阀10蒸汽冷凝液出口11，12不凝气排空阀13蒸汽冷凝液排出阀15实验蒸汽压力表16空气旁路阀2、仪表箱面板如图2所示8图2仪表箱面板图1-总电源指示灯2

6、-空气开关3-仪表电源指示灯4-仪表电源开关5-风机电源指示灯6-风机电源开关7-温度巡检仪第一通道为流体进口温度，第二通道为流体出口温度，第三通道为左端蒸气温度，第四通道为右端蒸气温度3、设备与仪表规格（1）紫铜管规格：直径φ20×1.5mm，长度L=1000mm（2）外套玻璃管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm（3）压力表规格：0～0.1MPa一、实验步骤1、实验步骤a、蒸气发生器加水，加热，把蒸气加热到0.01MPa。b、打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。c、打开仪表台上的风机电源

7、开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门。d、打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。e、在做实验前，应打开冷凝水排水阀将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，可进行实验。f、刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀的阀门大小开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐

8、加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。g、当一切准备好后，调节蒸汽进口阀的开度，把蒸汽压力调到0.01Mpa，并保持蒸汽压力不变。（可通过调节排不凝性气体阀以及蒸汽进口阀配合来实现。）h、流量调节：本实验采用变频器控制流量，运行“对流给热系数