水-蒸汽给热系数测定实验指导书.doc

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1、水－蒸汽给热系数测定实验指导书对流给热系数测定实验一、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．观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象，测定水在圆形直管内的强制对流给热系数；3．了解影响给热系数的因素和强化传热的途径；4．了解热电阻测温方法、涡轮流量计测流量方法，学会使用变频器。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。间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后

2、，有（4－1）式中：Q－传热量，J/s；m1－热流体的质量流率，kg/s；cp1－热流体的比热，J/(kg∙℃)；T1－热流体的进口温度，℃；T2－热流体的出口温度，℃；m2－冷流体的质量流率，kg/s；cp2－冷流体的比热，J/(kg∙℃)；t1－冷流体的进口温度，℃；t2－冷流体的出口温度，℃；a1－热流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2∙℃)；A1－热流体侧的对流传热面积，m2；－热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；a2－冷流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2∙℃)；A2－冷流体侧的对流传热面积，m2；－固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃

3、；热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算，（4－2）式中：TW1－热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；TW2－热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算，（4－3）式中：tW1－冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；tW2－冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。在本装置的套管换热器中，换热桶内通水蒸汽，内铜管管内通水，水蒸气在铜管表面冷凝放热而加热水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：（4—4）式中：V冷流体体积流量，m3/s；ρ 冷流体密度，kg/m3；CP 冷流体比热，J/(kg·℃)；t1、t

4、2冷流体进、出口温度，℃；α2冷流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)；A2 内管的内壁传热面积，m2；(tw－t)m内壁与流体间的对数平均温度差，参照式（4－3）可得，℃；当内管材料导热性能很好，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，则由式（4－1）可得：  （4—5）若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积A2，壁温tw1、tw2，则可通过式（4—5）算得实测的冷流体在管内的对流给热系数α2。对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，传热准数经验式为，（4－6）式中：Nu－努塞

5、尔数，，无因次；Re－雷诺数，，无因次；Pr－普兰特数，，无因次；上式适用范围为：Re＝1.0×104～1.2×105，Pr＝0.7～120，管长与管内径之比L/d≥60。当流体被加热时n＝0.4，流体被冷却时n＝0.3。a－流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2∙℃)；d－换热管内径，m；l－流体的导热系数，W/(m∙℃)；u－流体在管内流动的平均速度，m/s；r－流体的密度，kg/m3；m－流体的粘度，Pa∙s；cp－流体的比热，J/(kg∙℃)。故可由实验获取的数据点拟合出相关准数后，即可作出曲线，并与经验公式的曲线对比以验证实验效果。三．装置

6、与流程本实验装置由蒸汽发生器、涡轮流量变送器、变频器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。装置参数中：紫铜管规格12×2mm，即内径为8mm，长度为1m；冷流体最大流量为0.45m3/h，涡轮流量计的测量下限为0.2m3/h。1—水泵；2—冷流体管路；3冷流体进口调节阀；4—涡轮流量计；5—冷流体进口温度；6—惰性气体排空阀；7—蒸汽温度；8—视镜；9—冷流体进口温度；10—压力表；11—冷凝水排空阀；12—蒸汽进口阀；13—冷凝水排空阀；14—蒸汽进口管路；15—冷流体出口管路；16—冷流体进口管壁温度；17—冷流体出口管壁温度；18—水箱；

7、图4-1水-水蒸气换热流程图水—汽体系：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与来自水箱的水进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷水经增压泵和涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），水流量可用阀门调节或变频器自动调节，热交换后进入下水道。注意本实验中，冷流体并非循环使用，实验过程中需要给水箱连续通水源。四．实验步骤1.手动操作（1）检查仪表、水泵、蒸汽发生器及测温点是否正常，检查进系统的蒸气调节阀是否关闭。（2）打开总电源开关、仪表电源开关（由教师启动蒸汽发生器和打开蒸气总阀）；（3）启动水泵；（4）调节手动调节阀的开度，阀门全开使水流量达到最大；（5）

8、排除蒸汽管线中原积存的冷凝水（方法是：关闭进系统的蒸气调节阀，打开蒸汽管冷凝水排放阀）；（6）