实验七对流传热实验

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1、对流传热实验—、实验目的1、通过对空气一水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数a

2、的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe,nPr04中常数A、加的值。2、通过对管程内部插冇螺纹管的空气一水蒸气强化套管换热器的实验研究,测定其准数关联式NxBR外I、常数B、加的值和强化比Nu/Nuo,了解强化传热的基本理论和基本方式。二、实验装置本实验设备山两组黄铜管(其中一组为光滑管，另一组为波纹管)组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调

3、节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发牛后白然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器売程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图7-1所示。表7・1实齡装直结构参数实验内管内径d,(mm)16.00实验内管外径do(mm)17.92实验外管内径D(mm)50实验外管外径D,(mm)52.5总管长(紫铜内管)L(m)1.30测量段长度/(m)1.107Z-6图7-1空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1—光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换

4、热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵;5—旁路调节阀；6—孔板流竝计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀；12、13—蒸汽放空口；15—放水口；14—液位计；16—加水口；三、实验内容1、光滑管①测定6〜8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数a②对J的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARemPr04+常数A、加的值。2、波纹管①测定6〜8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数a②对a1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、〃的值。四、实验原理1.准数关联影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为

5、：Nu=CRemPrnGr'(7-1)式中C、m、n、1为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则G「为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr可视为常数。所以，准数关联式(7-1)可写成ypNu=CRem(7-2)Nu=—,50°C时，空气的导热系数A=0.02826W/(m.K)ARd"因此：a=cA^~待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的冇关数据后,根据原理计算、分析求得。1.传热量计算努塞尔数Nu

6、或a

7、无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套管坏隙的饱和蒸汽与冷凝壁而接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由下式计算。Q=WeCpc(t2—1

8、)—VpiCpc(t2—1

9、)(7-3)根据热传递速率Q=KSAtm(7-4)所以KSAtm=Vp1Cpc(t2-t!)(7-5)式中:Q—换热器的热负荷(即传热速率),kJ/s；We冷流体的质量流量，kg/s；V——流体(空气)的体积流量，nf/s；Pi—冷流体(空气)的密度，kg/m3；K——换热器总传

10、热系数，W/(m2・°C)；Cpc—一冷流体(空气)的平均比定压热容，kJ/(kg・K)；S传热面积，m3Atni——蒸汽与空气的对数平均温度差，°C。空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。综合上面各式即可算出传热总系数K。2.传热膜系数的计算当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为：丄丄KH1A5(7-6)式小：a—空气在圆管中强制对流的传热膜系数，W/(m2-°C)；a2——蒸汽冷凝时的传热膜系数，W/(n?・°C)。当管壁热阻口J以忽略(内管为黄铜管而H壁厚b校薄，黄铜导热系数入比较大)时,1111——«

11、1a——Ka2ax(7-7)蒸汽冷凝传热膜系数远远人于空气传热膜系数，则K^aIO因此，只要在实验屮测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K值，由此求得空气传热膜系数a】。4.努塞尔数和雷诺数的计算弘二V门兀」2兀“-d“yd/z44(7-8)adKdVqc亿一(1)〃Nu=―=——=式中：入空气导热系数，W/(m•°C)；(7-9)p—空气的粘度，Pa•s；d——套悖换热器的内悸平均直径，m；Pi——进口温度t】时的空气密度，kg/m3o由于热阻主耍集中在空气一侧，本实验的传热而积S取管子的内表面较为合理，即S=J

12、idl本装置d=0.0178m,1=1.327m05.空气流量和密