实验五空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定

实验五实验五 空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定 一 实验目的一 实验目的 1 通过实验掌握传热膜系数 的测定方法 并分析影响 的因素 2 掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数 C 和指数 m n 的方法 3 通过实验提高对 关联式的理解 了解工程上强化传热的措施 4 掌握测温热电偶的使用方法 二 实验原理二 实验原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数 当流体无相变化时对流传热准数关联式一 般形式为 Nu C Rem Prn Grp 对强制湍流 Gr 准数可以忽略 Nu C Rem Prn 本实验中 可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数 m n 和系数 C 用图解法对多变量方程进行关联时 要对不同变量 Re 和 Pr 分别回归 为了便于掌握 这类方程的关联方法 可取 n 0 4 实验中流体被加热 这样就简化成单变量方程 两 边取对数 得到直线方程 Relglg Pr lg 4 0 mC Nu 在双对数坐标系中作图 找出直线斜率 即为方程的指数 m 在直线上任取一点的函 数值代入方程中得到系数 C 即 m Nu C RePr 4 0 用图解法 根据实验点确定直线位置 有一定的人为性 而用最小二乘法回归 可以得到最佳关联结果 应用计算机对多变量方程进行一次回 归 就能同时得到 C m n 可以看出对方程的关联 首先要有 Nu Re Pr 的数据组 雷诺准数 du Re 努塞尔特准数 d Nu 1 普兰特准数 pC Pr d 换热器内管内径 m 1 空气传热膜系数 W m2 空气密度 kg m3 空气的导热系数 W m p 空气定压比热 J kg C 实验中改变空气的流量以改变准数 Re 之值 根据定性温度计算对应的 Pr 准数值 同 时由牛顿冷却定律 求出不同流速下的传热膜系数 值 进而算得 Nu 准数值 因为空气传热膜系数 1远小于蒸汽传热膜系数 2 所以传热管内的对流传热系数 1 约等于冷热流体间的总传热系数 K 则有 牛顿冷却定律 Q 1A tm A 传热面积 m2 内管内表面积 tm 管内外流体的平均温差 2 1 12 ln t t tt tm 其中 t1 T t1 t2 T t2 T 蒸汽的温度 传热量 Q 可由下式求得 Q w p t2 t1 3600 V p t2 t1 3600 CC w 空气质量流量 kg h V 空气体积流量 m3 h t1 t2 空气进出口温度 实验条件下的空气流量 V m3 h 需按下式计算 1 273 273 1 t t VV t 空气入口温度下的体积流量 m3 h 1 t V 空气进出口平均温度 t 其中可按下式计算 1 t V 1 1 68 21 t t P V P 孔板两端压差 KPa 进口温度下的空气密度 kg m3 1 t 本实验装置是两条套管换热器 其中一条内管是光管 另一条内管是螺旋槽管 分别 测定和对比流体在两种管内强制对流时的传热膜系数 三 实验内容三 实验内容 1 测定水蒸汽 空气物系在常用流速范围内的传热膜系数 2 先设定一种操作条件 待达到定态操作后 再增加 50 的热 或冷 流体量 并 维持热 或冷 流体的进出口温度不变 你认为应采取哪些措施 在实验中实施之 四 实验方法四 实验方法 1 首先用蒸汽发生器加热产生蒸汽 打开光管侧风机 调节孔板流量计 R 值约为 20 左右 2 待进口温度 t1稳定在 35 C 左右 蒸汽发生器停止加热 打开光管侧蒸汽进气阀 开始读取温度 T t1 t2 t壁 孔板流量计 R 值及孔前表压 Rp 将这些数据记录在实验记 录表上 3 改变孔板流量 R 值约为 30 再测取以上数据并记录 大约做 5 组数据 4 然后打开蒸汽放气阀 让蒸汽发生器再次加热 直至其停止加热 同样再做 5 组数 据 重复几次 将数据记录到实验记录表上 5 实验结束 先关闭蒸汽发生器加热电源 待系统冷却后 再停风机 五 实验装置和流程五 实验装置和流程 1 风机 2 流量计 3 调节阀 4 蒸汽套管 5 视镜 6 温度计 7 热电偶 8 安全阀 9 压力表 10 压差计 11 蒸汽阀 12 放气考克 13 疏水器 14 热电偶转换开关 图图 4 实验流程图实验流程图 六 数据记录与处理六 数据记录与处理 管型 管内径 17 8mm 室温 oC 实验日期 大气压强 mmHg 序 号 进口温度 t1 C 出口温度 t2 C 蒸汽温度 T C 管壁温度 t壁 C 计前表压 Rp mmHg 流量计示值 R mmH2O 管子压差 P mmH2O 1 2 3 4 5 6 7 8 1 数据的计算整理及列表 a 对数平均温度 定性温度 tm oC 2 1 12 ln tT tT tt t定 t1 t2 2 oC b 密度的计算 0 4645 kg m3 t RpPa 273 式中 Pa 大气压强 mmHg 可取当地全年平均大气压强计算 Rp 流量计前端被测介质表压强 mmHg t 流量计前介质温度 oC 可取 t t1 c 质量流量 Vs 查产品说明书得流量系数 C 0 001233 Vs 0 001233 kg s R R 压差计示值 mmH2O d 雷诺数 Re 的计算 Re d V d dVdup smms 273 1 4 2 注 在 0 120oC 范围内 可按下式计算 1 72 10 5 4 77 10 8 t定 e 实测的 Nu 数 Nu 测 mm ps tF ttcVd 进出 其中 Cp 0 70oC 范围内 Cp 1 005 kJ kg k t定 70 120oC Cp 1 009 kJ kg k 在 t定 40 80o范围内可用下式计算 002491 0 024943 0 定 t e Fm 换热长度 L 1 224 米 dLLdm Fm 0 0178 1 224 0 0685 m2 f 按通和关联式计算的 Nu 数 Nu 计 0 0199 Re 0 8 实测 Nu测与 Nu 计相比较 相对误差 壁 定 t t 273 273 测 计测 Nu NNu u 2 实验结果列表和作图 数据整理结果列于下表中 并且将结果作出 lnRe lnNu 关系散点图 序 号 定 t tm S V Re 测u N 计u N Ln 测u NLn 计u NLn Re 1 2 3 4 5 6 7 8 实验项目二实验项目二 螺旋槽管给热准数方程的测定螺旋槽管给热准数方程的测定 实验时可以发现 加热蒸汽压相同 空气流量相同 但螺旋槽管的出口温度远比光管 高 这证明螺纹强化了传热过程 当然我们还应具体地测量它的给热准数方程式 这项测定和前述光管的测定方法相同 由于两种管子都是用同一管材轧制 为了便于 对比 螺旋槽管管径取与光管一致 这样流量和定性温度相同时 两种管子的雷诺数相同 这样处理方法 见诸于中 外文献 实验的原始数据和结果见表 因为 Nu cRem LnNu Lnc mLnRe m 为 lnNu lnRe 直线的斜率 lnC 为截距 从而得出 m c 因此可以 计算出这种螺旋槽管给热准数方程式是 Nu cRem 七 思考题七 思考题 1 在实验验中 有哪些因数影响实验的稳定性 2 影响传热系数的因数有哪些 K 3 在传热中 有哪些工程因数可以调动 你