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1、实验五 对流传热系数第1页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/52实验五实验五 对流传热系数的测定对流传热系数的测定一、实验目的一、实验目的1.学会对流传热系数的测定方法。（换热器的性能参数，决定换热器的尺寸）2.测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式，以检验通用的对流传热准数关联式。3.了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。第2页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/53实验五实验五 对流传热系数的测定对流传热系数的测定二、基本原理二、基本原理1对流传热系数的测定（有相变化的传热过程）套管式换热器第3页，共21页，编辑
2、于2022年，星期五2023/1/54二、基本原理二、基本原理在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，（饱和蒸汽走管间，以便及时排除不凝液和不凝气体，而且蒸汽较洁净，管间易清洗）内管管内通空气，水蒸汽冷凝放热加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数i与总传热系数K有以下关系：第4页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/55二、基本原理二、基本原理 与 相比很小可以忽略，所以 ，这样做避免了壁温的测量。根据传热速率方程和热量衡算式有如下关系 第5页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/56二、基本原理二、基本原理 从上式推倒出管内空气对流传热系数的计算式 所以当传热达到稳定
3、后，用蒸汽温度可计算出tm，利用仪器测出各数据，就能计算出实测值i。第6页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/57二、基本原理二、基本原理 2准数关联式 对流传热系数是研究传热过程及换热器性能的一个很重要的参数。这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，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。第7页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/58二、基本原理二、基本原理由传热速率方程式知，单位时间、单位传热面所传递的热量为 Q=K(T-t)而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示 Q=h(T-Tw1)
4、或 Q=c(tw2-t)不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得。第8页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/59二、基本原理二、基本原理采用因次分析法组成若干个无因次数群，获得描述对流传热过程的无因次方程。如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系的变化规律可用如下准数关联式表示 Nu=CRemPrn C=0.023 m=0.8加热n=0.4；冷却n=0.3。w=v=uA 第9页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/510二、基本原理二、基本原理对空气而言，在较大的温度和压力范围内Pr准数实际上保持不变，取Pr=0.7。因空气被加热，取n
5、=0.4，则努塞尔准数可简化为：(C=CPrn=0.867C)对上式两边取对数 lnNulnRe作图为直线，直线的斜率为m，截距为lnC对于螺旋槽管的准数关联式：第10页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/511二、基本原理二、基本原理3Re与Nu的计算 式中 di管内径 ,m；定性温度下空气的粘度，PaS；式中 定性温度下空气的导热系数，W(m)。第11页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/512三、实验装置及流程三、实验装置及流程1实验流程实验流程本实验有四套套管换热器组成，其中一套是螺旋槽管（为了增加湍动,传热好，空气进出口温差大），另三套是光滑管。第12页，
6、共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/513三、实验装置及流程三、实验装置及流程1实验流程实验流程12346578910111213对流传热实验装置流程图1.蒸汽发生器 2压力表 3安全阀 4套管换热器 5仪表箱 6U型管压差计 7放气阀8转子流量 9旁通阀 10气泵 11冷凝水罐 12温度显示仪 13阀门第13页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/514三、实验装置及流程三、实验装置及流程第14页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/5151实验流程实验流程注意事项：1.温度计埋在壁面内，测得的实际包括了壁面污垢的影响2.旁通阀的使用：始终不能完全关闭。因
7、为关闭后，会使阻力无限增大，容易烧坏气泵。做完实验后，应先全开旁通阀，调节转子流量计读数为0，在关闭气泵，否则会损害转子流量计。第15页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/5162.测定参数及仪表测定参数及仪表1）冷热流体的流量Q转子流量计（蒸汽空气：体积流量）2）温度T铜电阻温度计（蒸汽空气）3）压强PU型压差计4）特征尺寸d，l给出要在特定T，P下，对进行校正，换算成标准状态下的Vs。第16页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/517四、操作要点四、操作要点1.把蒸汽发生器加蒸馏水至恒定水位，然后关闭蒸汽阀，打开总电源开关，给温控仪设定适当温度（105108C）
8、。2.待蒸汽发生器内温度接近设定温度时，打开蒸汽阀门至最大，阀门14；使蒸汽进入套管环隙。（空气走管内，空气不易产生污垢，以清洁；水蒸气走管间，易排除不凝气体和清洁）3.打开放气阀排除不凝性气体，打开放气阀7；4.微开排液阀，以便冷凝水及时排除。一直保持打开状态，但不要太大，以免蒸汽大量被排走，而且会使蒸汽温度降低，即稍有冒汽即可。第17页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/518四、操作要点四、操作要点5.保证蒸汽温度尽量稳定，排除不凝气体6.等蒸汽稳定后，打开空气旁通阀（配合风机正确使用），开启风机，调节阀门使流量到指定刻度，待稳定后，记录数据，即进出口温度差恒定时记录。6.
9、改变空气流量，稳定后，读取数据。7.实验结束后，先打开空气调节阀后关闭风机，最后关闭总电源开关。8.读大气压力计值，记录操作条件下大气压强值。第18页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/519五、思考题五、思考题1.实验过程中，蒸汽温度改变对实验结果有什么影响？如何保持蒸汽温度恒定？蒸汽温度提高，只影响tm，T增大，tm增大，在其它条件不变的情况下，从公式可以看出，对流传热系数减小。措施：及时排除不凝气体和冷凝水，保持蒸汽压力恒定。第19页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/520五、思考题五、思考题2.本实验中，空气与蒸汽流径能否改变？这样安排的优点是什么？书27
10、52763.实验过程中，如何判断传热达到稳定？在实验进行一段时间后，如果在温度显示仪上蒸汽的温度和空气的出口温度都为稳定值，即表示传热达到稳定。第20页，共21页，编辑于2022年，星期五2023/1/521五、思考题五、思考题4.蒸汽冷凝过程中不凝性气体存在对实验结果会有什么影响？应采取什么措施解决？在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸汽冷凝放热加热空气，空气侧对流传热系数i与总传热系数K有以下关系：若有不凝气体存在，使得减小，K减小。措施：因为蒸汽冷凝传热系数很大，空气的传热系数较小，为了提高总传热系数，主要提高管内的传热系数(湍动程度)比较容易，及时排除不凝气体。第21页，共21页，编辑于2022年，星期五