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1、空气一蒸汽给热系数测定装置实验指导书空气一蒸汽对流给热系数测定一.实验目的1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。3、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因索和强化传热的途径。二、基本原理在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图（4-1）所示，间壁式传热过程rh热流体対固体壁回的対流传热，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。图11间耶•式传热过用示意图达到传热稳定
2、时，有(4-1)Q=®Cp］（T,-T2）=m2cp2（t2-fJ=axA}（T-Tw）m=cc2A2（如一t）w=Kg式中：Q—传热量，J/s；m—热流体的质量流率，kg/s；切-热流体的比热，J/（kg・°C）；T{-热流体的进口温度，°C；T2-热流体的出口温度，°C；加2—冷流休的质量流率，kg/s；Cp2—冷流体的比热，J/（kg・°C）：/】-冷流体的进口温度，°C；t2一冷流体的岀口温度，°C;㈢一热流体与固体壁而的对流传热系数，w/（m2.°C）；A】一热流体侧的对流传热而积，m3（T-Tw）m-热流体与I古I
3、体壁面的对数平均温差，°C；G—冷流体与固体壁面的对流传热系数，W/（m2.°C）；A2一冷流体侧的对流传热而积，m3（tw-t-固体瞬而与冷流体的対数平均温差，°C；K-以传热血枳A为基准的总给热系数，W/（m2-°C）；Atni-冷热流体的对数平均温差，°C；热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算，（―兀）,”山赳书讥）T2~TW2式中：Twl—热流体进口处热流体侧的壁而温度，°C；-热流体出口处热流体侧的壁面温度，°C。固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算，（?_/）二（如1-耳）-（心2-^
4、2）式屮:tW]-冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，°C；tw2—冷流体出口处冷流体侧的壁面温度,°C。热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算，At二⑴_12）_（丁2_lj(4-2)(4-3)(4-4)当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4-1）得内管内壁曲与冷空气或水的对流传热系数，m2CP2^2-八)(4-5)实验中测定紫铜管的壁温仏I、3;冷空气或水的进出口温度仆切实验用紫铜管的长度/、内径〃2，ApSdJ；和冷流体的质量流量，即可计算他。然而，直接测量
5、固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而FL所测得的数据准确性差，带来较人的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁而间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。由式(4-1)得,m.cAt-t,)K=__LZ(4-6)实验测定加2、儿、©儿、T2.并查取心均=-(/,+r2)K冷流体对应的％、换热面积A,即可由上2式计算得总给热系数Ko下血通过两种方法來求对流给热系数。1.近似法求算对流给热系数©2以管内壁而积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为，Ka2+Rs2+Rs
6、冬+厶d]a{d}(4-7)式中：山一换热管外径，m；d2—换热管内径，m；dm-换热管的对数平均直径，m；b—换热管的壁厚，m；九一换热管材料的导热系数，W/(m-°C)；RS]-换热管外侧的污垢热阻，加？•K/W；RS2-换热管内侧的污垢热阻，加-K/W。用木装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为儿十到儿白W/mK；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数务可达-104W/m2.K左右，因此冷凝传热热阻厶可忽略，同时蒸汽冷凝a/]较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻/?,d2也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜,导热
7、系数为383.8W/加・K,壁厚为2.5mm,因此换热管壁的导热热阻处可忽略。若换热管内侧的污垢热阻心2也忽略不计，则由式＜4-7)得,(4-8)a2K由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的准确性就越高。1.传热准数式求算对流给热系数a?对于流休在圆形直管内作强制湍流对流传热时，若符合如下范围内：Re=1.0X1(/〜1.2X105,Pr=0.7〜120,管长与管内径Z比l/d360,则传热准数经验式为，Nu=O.O23Re08Prn(4-9)式中：Nu—努塞尔数，Nu=—,无因次；九Re—雷诺数，
8、Re=^P,无因次；Pr—普兰特数，Pr=±出，无因次；九当流体被加热时n=().4,流体被冷却时n=().3；a—流体与固体壁面的对流传热系数,W/(m2.°C)；d—换热管内径，m；九-流体的导热系数，W/(m・°C)；u—流体在管内流动的平均速度，m/s；
