对流传热系数及准数关联式常数的测定

1、(1)对流传热系数及准数关联式常数的测定化学 系 二 班 学号00610055 姓名于某第_2套装置 组别 B1 组8号 得分同组人姓名赵某， 宋某 ， 田某实验日期 2009 年_4月仝 日星期 三1. 引言1.1实验目的a. 了解套管换热器的构造；b. 掌握用热电偶温度计测量温度的方法；C.通过空气一水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数a的测定方法，加深对其概念和影响的理解。并应用线形回归分析方法，确定关联式 Nu=ARemPr0.4 中常数 A、m 的值；d.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测 定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m和强化比

2、Nu/Nu°, 了解强化传热的基 本理论和基本方式；1.2实验原理1.2.1普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 a.对流传热系数a的测定对流传热系数是研究传热过程及换热器性能的重要参数，本实验的套管换热 器中，冷流体空气在管内作强制对流流动，热流体水蒸气在管外流动。冷、热流 体成逆流流动，根据牛顿冷却定律：dQ = ： i (如 - tc) dSidQ =o (th 'thw)dSodQ(tcW 'tcldSiSi = djL(4)dQ局部对流传热速率，W;S, SO换热器管内侧和外侧表面积，m2;a, a换热器管内侧和外侧流体对流传热系数，W m-2 C -

3、1;tc, th换热器任一截面上冷、热流体平均温度，C ；tcw, thw换热器任一截面上与冷、热流体相接触一侧的壁面温度，C；di换热器内管直径，m;L传热管的有效长度，m。忽略管壁热阻及污垢热阻，且热流体进出口温度相差很小:1 1 1= r K:i ：'oQiSi - ：tmiK总传热系数，W m-2 C-1；mi对数平均温度差，C ；Q管内传热速率，W;tc1, tc2冷流体进、出口温度，C ； tW壁面平均温度，C 。实验所采用的紫铜管导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温 度和壁面平均温度近似相等，用tW表示：_ (tW - 妇)- (tW - Q) mi In假设

4、换热器绝缘良好，热损失可以忽略时，单位时间内换热器中冷、热流体 的吸、放热相等，以下标c, h分别表示冷热流体，下标1, 2分别表示进口和出 口，有热量横算式：Q - qm,ccp,c(tc2 如)-qm,hcp,h (th1 - £2 )(8)4(9)qm,c qV,c ' c(11)(12)Nu(13)t - J 七2Lm25,c疋性温度下冷流体的比疋压热谷,qm,c-冷流体的质量流量，kg ；qV,c冷流体的体积流量，3 -1m s ；P-tm下冷流体的密度，kg m-3。Q换热器的热流量，kW；kJ kg1 L1；b.对流传热系数准数关联式的实验确定由于流体和壁面之间

5、的传热比较复杂，影响对流传热系数的因素很多，例如 流体的流动状态；引起流动的原因；流体性质；传热面的形状、大小和位置等。 故结合大量实验数据，应用因次分析法，对无相变时的强制对流传热系数的因素 进行归纳得到：Nu 二 f (Re,Pr)Nu努塞尔数，表示对流传热膜系数的特征数;Re雷诺数，表示流动类型的特征数；Pr 朗特数，表示物性影响的特征数。流体在圆形直管内强制湍流条件下被加热时，上式表示为:Nu 二 ARemPrn9(15)(14)P 汕Pr 二ktm下流体的导热系数，W m-1 K-1；tm下流体的粘度，Pa s；A，m，n常数（加热时n = 0.4，冷却时n = 0.3）对于管内被加

6、热的空气，Pri变化不大，可视作常数，则关联式简化为Nu 二 ARem Pr0.4整理并取对数，得:(16)(17)二 mlg Re lg A令 丫 =lgNuPr04X = Ig Re ； B = lg A。贝U 丫 X为线性关系，通过线性拟合求得待测常数。1.2.2强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定强化传热能减少传热面积，以减少换热器的体积和质量；提高现有换热器的 换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换 热器的动力消耗，更有效的利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装 置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。通过实验研究总结了

7、形式为 Nu=BRW的经验公式，采用普通套管换热器系数及其准数关系式的测定实验中的实验方案确定不同流量的Re和Nu,用线性回归的方法可以确定B和m的值。研究强化手段的强化效果，可以用强化比的概念作为评测，它的形式是： Nu/Nuo,其中Nu是强化管的努赛尔数，Nu。是普通管的努赛尔数，显然强化比 (Nu/Nuo>1),而且它的值越大，强化效果越好，需要说明的是，如果评判强化方 式的真正效果和经济利益，则必须考虑阻力因素，阻力系数随着换热系数的增加 而增加，从而导致换热性能的降低和能耗的增加，而且阻力系数较小的强化方式， 才是最佳的强化方式。1.2.3空气流量的计算20°C时空气

8、流量qv，20与压差计读数 p(kPa间的关系为：4,2。=13.909 严(18)(19)2. 实验部分2.1实验仪器及实验装置图图1对流传热系数实验装置图1 普通套管换热器5旁路调节阀9、10.蒸汽放空阀2.强化套管换热器3.蒸汽发生器4.旋涡气泵6.孔板流量计7、8.空气支路控制阀11、12.蒸汽支路控制阀13.液位计14.放水口15.加水口16.冷凝液回流口2.2实验步骤2.2.1实验前准备工作确认储水罐和蒸汽发生器间的阀门处于打开状态。检查储水槽中水位不低于 储水罐的1/2。检查并确认两根被测管路上的阀门及空气旁路阀均处于关闭状态。2.2.2光滑套管传热实验打开通向光滑套管的蒸汽支路

9、阀6,接通电源总开关；按控制数字位置， 趁绿色圆点闪烁时用“ ”控制数字大小，设置加热电压为200 V;启动电加热器， 开始加热，注意加热电压不超过 200V。当光滑套管换热器的放空口 9有水蒸气冒出时（此时壁温99E ），全开空气 流量旁路阀14和光滑套管的空气进气阀11,启动风机。用放空阀14来调节空气流量，调好某一流量稳定 3、5分钟后，分别记录空 气的流量、空气进口温度、空气出口温度及壁面温度；一般从小流量到最大流量 之间要测量5、6组数据。实验过程中，注意不要被蒸汽管路烫伤。2.2.3强化管传热实验检查储水罐中的水位是否正常，如果发现水位过低，应及时补给水量。打开通向强化管的蒸汽支路阀5，关闭蒸汽支路阀6;全部打开空气旁路阀 14,打开强化套管的空气进气阀12,关闭空气支路阀11,进行强化管传热实验。 实验步骤同步骤222。加热电压不超过200V。2.2.4实验结束实验结束后，关闭加热电源，至两管