空气—蒸汽对流给热系数测定试验报告及数据答案

1、空气一蒸陨对流给热系数測定一、实骏目的1 通过对空气一水蒸气光滑兗管换热器的实验研究，拿摒对说传热系数e的测定方法, 加深对貝槪念和影响因素的理解。并应用线性回旧分桥方法，确定关滋MNxARbP严中常 数4刃的值。2通过对管杈内跚捕有螺纹管的空气一水蒸气强化套管换热器的实坊研究，测宦其旌 数关WNxB肘中常数3、?的個机强化WNu/N% 了解强化传热的基本理论和基本方直。二、实验装置本实騎设备由两组黄殉管（其中一组力光滑管，另一组为极纹管）组成平行的两组套 管换热器，内管为紫羽M质，外管为不折用管，两竭用不矯刑沫兰固定。空气由陆涡气泵吹 出，由旁路调节M调节，经孔机浹量廿，由支路腔制関选择不间

2、的支路进人换热器。管杈蒸 汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆浹进人换热器克杈，貝冷濒故岀热量通il 黄抽管壁被传递到管内说朋的空气，达到逆浹换热的效果。鬼和蒸汽由配套的电加热蒸汽发 生器产生。垓实验浹样图如图1所示，貝主要参数见表1。表1实验装置结构參敬实验内管内径d （mm）16.00实骏内管外径必（mm）17.92实验外管内gZZ（mm）50实验外管外径Q（mm）52.5总管长（紫羽内管）（m）1.30fll 用长 B/(m)1.101-光滋套管换热器；2畝纹管的枣化套管换热器；3-蒸汽发生器；4-8气泵；5-旁路坍节稱；6孔板Sfiif; 7、8、9-空气支路控10. 11 一

3、蒸汽支路控胃囲;12. 13-蒸汽赦空口； 15-fi水口 ； 14 一液位廿；16加水口；三、实验内容1、光滑管 測定68个不同说速卞光滑管换热器的对说传热系数*。 对a曲实验数据逍行线ttBlfl,求关滋式NxARb中常数力、刃的値。2、波纹管 测定68个不同浹速下液纹管换热器的对说传热系Sa.o 对a曲实验数摇进行线性回旧，求关滋式Nu=BR中常数E力的値。、实验原理1. 誥数关联影响对逍传热的因素很多，根得到的对渣传热的准釵关联为：NxCRempfGr*(1 )衣中C、m、n、I为待定参数。参加传热的说体、逍态及温度等不同，侍定参数不同。目痢，只能通过实验来确定特定 范围的参数。本实豔

4、是测定空气在風管内作强制对说时的对说传热系数。因此，可以忽路自 然对说对传热顺系数的影响，则Gi为常数。在富度变化不太大的情乱下，Pr可视为常裁。两 以，准数关曲衣(1 )可写成Nu = CRem( 2 )其中:Ry如二空“ Z/“4Nu = , 5OC时，空气的导热系数2 = 0.02826W/(m.K)2R因此：a = cA d侍定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数稠后，对式(2)取对数，回肝求得 直躺率和截更。2. 传热量廿算勞塞尔数Nu或“无法直接用实验测定，只能测定H!关的参数并通过廿算求胃。当通过 套管环隙的鬼和蒸汽与衿潑壁面接験后，蒸汽将故岀冷凝潜热，冷漫成水，热量通ii

5、 FW传 递给套管内的空气，便空气的温度升高，空气从管的末端卅岀管外，传递的热量由(3) 5 it算。Q = WeCpc ( t2 - ti ) = V P iCpc ( t2 - ti )( 3 )根据热传递速率Q = KSAtm(4)所以KSAtm=VpiC (ta-ti)(5)氏中：Q一换热器的热负荷(即传热速率)，kJ/s；We冷逍体的质量说量，kg/s；V(空气)的体枳浹量，m3/s；(空气)的密度，kg/m3；K一换热器总传热系数，W/ ( m2 t )；Cpc(空气)的平均比定圧热容，kJ/ ( kg K)；S一传热面枳，m2； tn蒸汽与空气的对数平均富度差，t0空气的逍量及两

6、种说体的温厦等可以通过各种測量仪表測得。媒台上面各直RP可算岀传 热总系数K。3. 传热膜系数的廿算当传热面为平堡或者当管聖很薄时，总的传热瞅力和传热分讯力的关系可表示为：11b111Kq 几 a直中：m空气在岡管中强制对流的传热膜系数，W/ (m2-)；a?蒸汽冷覆时的传热顺系数，W/ (m2-X)o当管堡热瞅可以忽路(内管力黄殉管而目堡卑b较薄，黄抽导热系数入比较大)时,1111(7)Q12K a a2 蒸汽冷礙传热除系数远远大于空气传热顺系数，Ka1o因此，只要在实验中测得冷、 热iftitmaag空气的体枳浦量，即可通过热働算求岀套管换热器的总传热系skis,由此 求得空气传热膜系9i

7、o4. 勞塞尔数和雷培数的it算(8)Nu 二竺=竺=V叫(LW(9)直中：入一空气导热系数，W/ (mt )；卩一空气的粘度，Pas；d一套管换热器的内管平均頁径，m；P，一进口的空气密度,kg/m30由于热讯主要集中在空气一側，本实验的传热面枳S取管子的内表面较为台理，即S = irdl本装置d=0. 0178 m, 1=1. 327mo5. 空气逍量和密度的廿算空气密度可按理想气liits：门=129(10)Pp y 273 101330 % 273 + /式屮：Pa一当地夫气压，Pa ；t孔板说量廿前空气温度，可Hit；空气的逍量由1 /4瞰噹逍量廿測量，合并常数后，空气的体枳逍量可由

8、(11 ) SitS g 再(11)式中：Co合并整卑的说量系数，HffiJlCo=O. 001233；R喷硝逍量it的压差计示值,mmHzOoVi空气的URS量，m3/s0五、实期作1. 实验前的淮备(1) 向电加热釜加水至浪位廿上竭红我处。(2) 检查空气浹量旁路碉节M是否全开。(3) 检查普通管支路各控關阀是否已扌开，保证蒸汽和空气管路的畅通。(4) 接通电濂忠闸，设定加热电压，启动电热錮炉开关，开始加热。2. 实验开始(1) 当蒸汽压力稳定后，启朋旋涡气泵并运行一目时间，保证实验开始时空气入口温总结资料的廿算度心(t )穩定。(2) 调节空气渝量旁路Iffl的开度或主開开度,便孔板流量

9、计的压差计读数为所需的空气逍量值。(3) i定58分外左右读取压差廿旗数，读取空气人口、出口的温度値耳、2(富度测量可采用热电偶或温度廿)、空气压力ffi Pl空气入、出口之间压力差应、蒸汽温度値ts 及压力值叽孔板流量计8P4o(4) 调节空气逍量，(3 )与(4)共测610组数据(注意：在空气人、出口之 同压力差P2量大值与最小值之冋可分为6-1013 )o(5) 实呀U椁，要尽可能保证蒸汽富度或压力穩定，在蒸汽錮炉加热过程(蒸汽富度 或压力变化较大)不要记录数据。3. 实验结東(1 )关闭加热器开关。(2) 过5分外后关OH机，并将旁胳M全开。(3)幼斷总电滩。兀、实验注意事项1、检査蒸

10、汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是毎个实验结東后，逍行下一实 验之前，如果发现水EUftt, KW补给水量。2、必须保证蒸汽上升管线的輔通。在转换支路时，应先开启需要的支路阴，再关闭另 -IP,目开启和关用控制M必须媛慢，飯止管线截斷或蒸汽压力过大突然喷出。3、必须保证空气管线的輔通。即在接通网机电源之前，三个空气支路腔制阳之一和旁 路调节M (见图1所示)必须全开。在转换支路时，应先关fflMtH电源，然后开启和关用控4、嗚节逍量后，应至少檜定510分鉀后读取实验釵据。5、套管换热器中枳累的热水要及时朋掉，以免影响蒸汽传热。七、实验记录及数据处理序号1234567空气进口处雋度p Kg

11、/m31.2091.2081.2061.2041.2021.1971.192空气 g g S S m2 Kg/s0.00190.00240.0030.00350.00410.00460.005空气Xii um/s7.9810.0912.3714.561719.2121.01空气定HifiJIt平均*C41.742.0542.442.7543.444.2545.25定11富度下的空气密度p Kg/m1.2131.121.1191.1181.1151.1121.108冷、热说体冋的茁數平为浴差tm”C58.557.9157.6357.4256.7455.8546.08总给热聚数Kw/rrl t29

12、.8437.4247.154.7964.8173.3895.362g理比值的廿算F?号1234567对逍给热系数a2w/MC29.8437.4247.154.7964.8173.3895.36空气貉度(x10A-5Pa-s)1.9221.9241.9251.9251.931.9341.939空气导热系数入W/m-K0.02730.02770.02780.02780.02780.02750.028雷诺数Re8058.0569397.75511505.06413529.83315713.9917672.40519209.413菅兰特数Pr0.70760.69810.70.70.6970.70690

13、.6966畀卷尔数Nu17.4921.6123.7231.5337.342.6954.49o(2 理论値 a 2 W/HC45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.96努赛尔敬畏论值NlT26.6930.0435.3640.2545.2950.0453.163.(X2理抡值与实验値比般斤号12345670(2理论值45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.960(2实验值29.8437.4247.154.7964.8173.3895.360(2相对淚差0.34480.28050.23340.21650.17720.1468-0.0258俣差分轿：

14、1. 迪图斯贝尔特公氏有条件范围，而实验数襦并非全在貝适用范围内，用此公式算出的Nu净a2,淚差就可能较大。2. 实騎时，等侍时间不足，导致数据未稳定时就记录了。斤号1234567ln(Nu/Pr04)33.223.313.593.763.894.12In(Re)8.999.159.359.519.669.789.86冷渝体给热系数的准数式:Nu/Pr叫APrln(Nu/Pr )=lnA+m In(Re)lnA=-7.9273. A=0.0256m=1.2124另附上原始实验数据:序号汝空气热蒸汽流量(m3/h)进口温度(C)进口温度(C)进口温度(C)进口温度(C)15.2719.2064.

15、20103.10103.0027.3019.5064.60102.90102.8038.9519.8065.00103.00102.90410.6020.3065.20103.10103.00512.3021.0065.80103.10103.00613.9022.0066.50103.10102.90715.2023.3067.20102.90102.904、对实验结果进打分析与讨论。U图像中线性回IH方样的伯关系数来看，实验数据结果不是IK,特别是探级管。严生误 差的来濂很多，史数不稳定、旗热器保温效果差、换热器使用久了，污垢较厚，热逍量值 下隔等郡使结果有一定的偏差。而且在处理数摇时，采

16、用很多近似业理，而实际实验时很多 的条件并不稳定。在实验过样中采用改变空气逍量来调节，但是在改变空气流量的同时，其 他的数儘也会改变，比如说空气岀口温度，而目在改变的过棺中，要经il-HWM空气出口 温度才会稳定，而我10测定的泪度一定要是iitW定的温度，所以在测定中没有经过足協长 的时间导致測定的温度不是穩定的温度，所以实呀时要注意等侍五到十分却侍数稠比较稳定 时，逹样实验结果就比较准确.：八、思考题(1 )影响传热膜系数的因素有哪些？苔：顺的卑度，浪体的物性，1及圧力温度。还有M料的分子结构EMiE学成愉、林料巫度、 材料湿度状况和温度状况。(2) 在蒸气冷潑时，若存在不瀕性气体，你U、

17、为為会有什么黔响？应该采取什么措胞？S：对换热系数黑响很大，一般想办法除去，比如澳化用吸收直翻冷机均甯伴真空泵，其作 用就是KNMt除系貌内的不漫性气U。1 )会由于空气中含有水分造应冰堵。冰堵不单便制 冷效率下降。而目会导致系统停柄。圧力不断障低，还会损坏压编机。2)空气混人压缩腔, 由于空气中含有不激性气体，如氮气。这些不糊性气U会减少制趨剂的備环量，便制冷量障 低。3 )并目不甜牧气lit S在冷艰器的上部管路内，致使实麻冷證面枳械小，於濒负荷 熠大，冷凄压力升高，从而制冷量会RIKo(3) 蒸气冷林后，将严生冷逓水，如冷赣水不能笊出，累枳后淹理加热殉管，你认为将会有什么B?应该采取什么帶施？笞：1)会由干空气中含有水分造成冰堵。冰堵不单便制冷效率卞降。而目会导致系就停机。压力不撕降低，还会损坏压2 )空气混人压缩腔，由干空气中含有不閒11气体，如氮 气。逹些不