01对流传热系数的测定

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1、对流传热系数的测定1实验目的和要求1)掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。2)把测得的数据整理成Nu=ARen形式的准数方程，并与教材中公认式进行比较。3)了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。2实验装置与流程本实验流程图（横管）如下图4-1、4-2所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计（变送器）、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、智能显示仪表等构成。空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行换热交换，不

2、凝气或未冷凝蒸汽通过阀门（F3和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器内管，热交换后从风机出口排出。注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选取，三者必须统一。图4-1横管对流传热系数测定实验装置流程图图4-2竖管对流传热系数测定实验装置流程图图中符号说明见下表所示符号名称单位备注V空气流量M3/ht1空气进口温度℃紫铜管规格t2普通管空气出口温

3、度℃191.5mm，t3强化管空气出口温度℃T1蒸气发生器内的蒸汽温度℃即内径为16mm，T2普通管空气出口端铜管外壁度℃有效长度为1020mmT3普通管空气进口端铜管外壁度℃T4普通管外蒸气温度℃F1，F2为管路切换阀门F3，F4为不凝汽排除阀T5强化管空气出口端铜管外壁度℃F5，F6为冷凝水排出阀T6强化管空气进口端铜管外壁度℃T7强化管外蒸气温度℃3实验内容和原理在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。所谓间壁式换热，就是冷、热两种流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两流体不

4、直接接触，通过固体壁面（传热元件）进行热量交换。本装置主要研究汽—气综合换热，包括普通管和加强管。其中，水蒸汽和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫铜管内，水蒸汽走紫铜管外，采用逆流换热。所谓加强管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，使换热效果更明显。3.1间壁式传热基本原理如图4-3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。TTWtWt图图14-间壁式传热过程示意图3间壁式传热过程示意图间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有

5、热流体与固体壁面的对数平均温差可由（2）式计算：固体壁面与冷流体的对数平均温差可由（3）式计算：热、冷流体间的对数平均温差可由（4）式计算：式中：Q——传热量，J/s；m、m——分别为热流体、冷流体的质量流量，kg/s；12c、c——分别为定性温度下热流体、冷流体的比热，J/kgC；p1p2T、T——分别为热流体的进、出口温度，C；12t、t——分别为冷流体的进、出口温度，C；122、——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对流传热系数，W/mC；122A、A——分别为热流体、冷流体测的传热面积，m；

6、12TT、tt——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对数平均温差，C；WMwm2K——以传热面积A为基准的总传热系数，W/mC；2A——平均传热面积，m；t——冷、热流体的对数平均温差，C。m由实验装置流程图可见，本实验的强化管或普通管换热，热流体是蒸汽，冷流体是空气3.2空气流量的测定空气在无纸记录仪上显示的体积流量，与空气流过孔板时的密度有关，考虑到实际过程中，空气的进口温度不是定值，为了处理上的方便，无纸记录仪上显示的体积流量是将孔板处的空气密度0当作1kg/m3时的读数，因此，如果空气实

7、际密度不等于该值，则空气的实际体积流量应按下式进行校正：'VV（5）0'空气质量流量m：mV（6）0'3式中：V——空气实际体积流量，m/s；3V——无纸记录仪上显示的空气的体积流量，m/s。3——空气在孔板处的密度，kg/m。本实验中即为空气在进口温度t1下00对应的密度。3.3空气在传热管内对流传热系数α的测定3.3.1牛顿冷却定律法在本装置的套管加热器中，环隙内通水蒸气，紫铜管内通空气，水蒸气在紫铜管表面冷凝放热而加热空气。在传热过程达到稳定后，空气作为冷流体，空气侧传热由式（1）可得：mctt

8、Att（7）21Wmmctt21即（8）AttWmttW1和W2分别是换热管空气进口处的内壁温度和空气出口处的内壁温度，当内管材料导热性能很好，即值很大，且管壁厚度较小时，可认为Tt及Tt，T和W1W1W2W2W1T分别是空气进口处的换热管外壁温度（T3和T6）和空气出口处的换热管外壁温