对流给热系数的测定 王君烂

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1、一、实验目的1、测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数αi；2、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。二、实验原理1、在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：VρCp(t2-t1)=αiAi(tw-t)m式中：V—被加热流体体积流量，m3/s；Cp—被加热流体平均比热，J/(kg.℃)；t1、t2—被加热流体进、出口温度，℃；ρ—被加热流体密度，kg/m3；Ai—内管的外壁、内壁的传热面积，m2；(tw-t)m—内壁与流体间的对数平均温度差，℃；当内管材料导热性能很好

2、，即λ值很大，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。2、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：Nui=AReimPrin其中：物性数据λi，CPi，ρi，μi可根据定性温度tm查得。对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为为常数，则关联式的形式简化为：Nui=AReimPri0.4通过实验确定不同流量下的Rei与Nui，然后用回归方法确定A和m的值。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，即得到直线方程：ln(Nu/Pr0.4)=lnA+mlnRe一、实验装置流程空气-水蒸气传热综

3、合实验装置流程图1-水泵或漩涡气泵2-蒸汽发生器3、4-旁路阀5-电动调节阀6-蒸汽总阀7-蒸汽调节阀8、9-冷凝水排放阀10-水或空气流量调节阀11-惰性气体排放阀2.设备与仪表规格（1）紫铜规格：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二、实验步骤及注意事项1、打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关。2、打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门，让套管换热器里充有一定量的空气。3、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

4、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。4、在做实验前，应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。5、刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀门的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，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。6、当一切准备好后，打开蒸汽进口阀，蒸汽压力调到0.01Mpa，并保持蒸汽压力不变。7、通过改变不同空气流量，等稳定后记录不同流量下的实验数值。8、记录6组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电源和风机。9、关闭蒸汽发生器。注意事项：1、一定

5、要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。2、刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管内因受热、受压而爆裂。3、操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，否则造成玻璃管爆裂和填料损坏。4、确定各参数时，必须要在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。五、原始实验数据（附页）六、实验数据处理定性温度t=（t1+t2）/2壁温tw=（tw1+tw2）/2用内插法算出定性温度下的ρ，CP，

6、λ，μ不同温度下空气的物理常量序号壁温tw/℃定性温度t/℃密度ρkg/m3CPJ/(kg∙℃)导热系数λW/(m•℃)黏度μ×105Pa•s1100.945.81.10810050.027971.9392101.047.01.10310050.028051.9453101.0547.51.10210050.028091.9484101.148.01.10010050.028121.9505101.249.41.09510050.028211.9476101.151.351.08910050.028351.9671、计算冷空气给热系数αS=πdL=3.14×20×10-3×1000×1

7、0-3=0.0628m2以第1组为例子：Q=ρVCP（t2-t1)=1.108×(5/3600)×1005×（68.3-23.3）=69.60W△tm=[(tw1-t1)-(tw2-t2)]/[ln(tw1-t1)/(tw2-t2)]=51.77℃则，α=Q/（A△tm）=69.60/(0.0628×51.77)=21.41W/(m2•℃)同理可得出其他5组的给热系数α值，如下表：各温度下的冷空气给热系数α值序号Q/W△tm/℃αW/(m2•℃