传热实验说明书.doc

传 热 实 验1 实验目的1.1 测定套管换热器中空气水系统的传热系数及；1.2 测定不同的热空气流量时，Nu与Re之间的关系，并得到准数方程式；1.3 了解并掌握热电偶的使用及其温度测量。 2 基本原理 2.1 测定传热系数K根据传热速率方程式 （1） （2）实验时，若能测定或确定Q、tm和A，则可测定K。 （1）传热速率 在不考虑热损失的条件下 （3） 式中：空气的质量流量，kg/s，为空气的容积流量，m3/s，为空气的密度，kg/m3； 空气的定压比热，J/(kgK)； 空气的进、出口温度，。 （2）传热推动力tm （4） 式中：，冷却水出口温度，冷却水进口温度， （3）传热面积 （5）式中：L传热管长度，m ； d传热管内径，m 。2.2 求Nu与Re的定量关系式由因次分析法可知，空气在圆形直管中强制湍流时的传热膜系数符合下列准数关联式：或 （6）式中：A，n待定系数及指数； 定性温度下空气的导热系数，W/(mK);空气的流速,m/s, ;空气的粘度,kg/(ms);管壁对空气的传热膜系数,W/(m2K)。在水空气换热系统中，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数K与传热膜系数的关系为: 式中：管壁对水的传热膜系数,W/(m2K)管壁对空气的传热膜系数,W/(m2K)本实验中保持水在套管环隙间的高速流动，且由于水的比热较大，因此水的进、出口温度变化很小，管壁对水的传热系数较管壁对空气的传热系数大得多，即，这样总传热系数近似等于管壁对空气的传热系数：实验中通过调节空气的流量，测得对应的传热系数，然后将实验数据整理为Re及Nu，再将所得的一系列Nu-Re数据，通过用双对数坐标纸作图或回归分析法求得待定系数A和指数n，进而得到准数方程式。1.加热器风机 2-空气流量计 3,4,5,12,13-铜电阻测温探头压力计 6-空气流量调节阀 7-风机 8,9-压力(差)计 11-水流量调节阀 14,15套管换热器16,17,18,19,20-温度显示仪21总电源开关 22,23-加热器开关 24-风机开关图1 空气水系统传热实验装置3 装置与流程 实验装置由加热器1、夹套换热器14、15、风机7和流量计2、10等组成，如图1所示。换热器的内管14为302mm的铜管,有效长度为2000mm。由风机7送入风管的冷空气经电加热器1加热后，进入套管换热器的内管14。与环隙内的冷却水换热后排至大气中。系统内，空气流量玻璃转子流量计测量。进出换热器的水和空气的温度分别用铜电阻测温探头3、4、5、12、13和玻璃管温度计测定，并在数字显示仪16、17、18、19、20上读取。4 操作步骤4.1 实验准备 （1）在使用本设备前应了解设备的基本结构（设备的基本结构如图1所示），并按正确的操作方法使用设备。（2）实验前检查进水、进风、是否控制正常，并进行设备预热。4.2 预热操作（1）开启控制柜总电源21，调整温度控制仪18的控制温度（将温控仪设定-测量开关调至设定位置，设定80C；然后将温控仪设定-测量开关调至测量位；温控仪将以80C为均值进行自动控制）。（2）开启风机电源开关24，调节风量阀门4将进风流量调节至流量计2的中间读数位，开启电加热器开关22（温度控制仪控制加热器，加热是手控制、备用加热用，如特别寒冷地区或耗热量大等）。（3）开启冷却水阀门11，调节水的流量至流量计10的中间读数位；观察各温度仪表变化，使温度缓慢上升逐步加热设备各部分，待温度稳定后方可进行正常操作。4.3 实验操作（1）经预热稳定后，调整进风流量，即可读取空气流量，计前表压，空气和冷却水的进、出口测点的温度值。实验从大风量做起，共测68组不同风量的实验数据。（2）操作中应注意：勿将进风调节阀关闭，以免造成风机损坏；勿在没有空气流量的情况下加热空气，以免造成加热器的损坏。4.4 关机操作先关闭电加热电源，然后调大风量经10分钟以上，待设备温度降至30C以下再关闭风机电源开关和冷却水阀门及总电源，以保证设备及实验室安全。5 实验记录与数据处理5.1 数据记录参见表1表1 传热实验数据记录表 管内径： mm 管长： m； 室温： 当地大气压： Pa序号流量计示值计前表压温度示值计算结果Vm3/hrpjmmHg空气进口T1空气出口T2水进口t1水出口t2NuRe1285.2 数据处理 将所测得的空气流量换算为m3/s单位，然后计算其密度，在用前述式（1）（6）计算出Re和Nu并作图或回归出Re-Nu方程。5.3 实例 按上述实验步骤测得8组数据如表2所示。表2 传热实验数据记录表(实例附表) 管内径：0.026 m 管长： 2 m； 室温：25 当地大气压：（760） Pa（mmHg）序号流量计示值计前表压温度示值计算结果Vm3/hrpjmmHg空气进口T1空气出口T2水进口t1水出口t2NuRe1234567840353025201394323640444953576478798182828282824241.240.940.038.736.835.234.419.419.719.920.020.120.220.320.326.026.626.827.027.527.828.528.328526.6 25015.6 21427.9 17895.3 14405.3 9409.7 6546.5 2934.5 63.63 59.59 53.64 47.49 40.83 29.26 22.18 10.31 以第1组数据为例，计算过程如下：空气密度 空气质量流量热负荷Q 平均温差换热面积传热系数图2 Re-Nu曲线 于是得雷诺准数努塞尔特准数 按以上步骤可计算得其他各组数据的的Re、Nu，作Re-Nu曲线如图2所示，并得回归方程如下： 6 实验报告6.1 将原始实验数据列成表格；6.2 定量分析总传热系数K与空气流