空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案

1、空气一蒸汽对流给热系数测定一、实验目的1 .通过对空气一水蒸气张滑套管换热器的实聆研究，掌樨对流传热系数a由测定方法, 加深对其祗念和影闲因素的理解。并应用线性回H分所方法，磁定关联式也小面户尸中常 数46的值。2 .通过对管程内部插有领纹管的空气一水蒸气轻化套管换热器的实舞研究，测定其选 数关联式也/=8面中常数8、6的值和强化比/I4MI必，了解僵化传热的基本理论和基本方式。 二、实验装置本实盼设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成半斤的两组套 管换热器，内管为紫铜H质，外管为不锈M管，两端用不铳纲法兰固定。空气由旋涡气泵收 出，由旁相调节附调节，经孔板潦量计，由支路控制

2、冏威择不同的支珞进入换热器。管程蒸 汽由加热釜发生后自然上升，经支招控制冏选择逆潦进人换热器壳程，具冷源放出热量通过 黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆潦换热的效果。亮和蒸汽由配套的电加热蒸汽发 生器产生。该实助流程图如图1所示，其主要参数见表1。表1尖殿装置结构参数实盼内管内径（mm）16.00实盼内管外径&（mm）17.92实照外管内径（mm）50实盼外管外径乙（mm）52.5总管长（紫铜内管）/（m）1.30测量段长度/（m）1.10总结资料121-光滑套管换热器；2|纹管的曹化套管换热器；3-藜河发生器；4一旋漏气泵;5-旁,调节附；6一孔板流总计；7、8、9-空气支,控制

3、附；10、11 一蒸汽支路控制圈;12、13-蒸汽放空口； 15-放水口； 14 一液位井；16一加水口;三、实验内容1、光滑管必定68个不同流速下光翁管换热器的对流传热系数。对m的实盼数据进行线性回归，求关联式/!/乂朋中常数46的值。2、波纹管国定68个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数喇m的实盼数据进行线性UH,求关联式"=8/?夕中常数8、6的值。u>、实盼原理1 .准数关联题响对流传热的回索很多，根裾因次分析殍到的对流传热的准数关联为：NuReTrGr1(1 )式中C、m、n、I为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同，恃定参数不同。目前，只能通过实盼来确定特定

4、 范围的参数。本实盼是测定空气在圆管内作轻制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自 然对流对传热膜系数的影响，则Gr力常数。在温度变化不太大的情况下，Pr可视为常数。所 以，准数关取式(1 )可写成Nu = CRem( 2 )其中:r° =细=22Nu = , 50时，空气的导热系数 = 0.02826W/(m.K)2R尸所因此：a=cA d待定参数Cfflm可通过实盼测定蒸汽、空气的有关数据后，对式(2)取对数，回H求得 直线斜率和截距。2 .传热量计算臀塞尔致Nu或on无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过 套管环隙的兔和蒸汽与冷混壁面接触后，蒸汽将放出冷灌

5、潜热，i令嚣成水，热量通过间壁传 递给套管内的空气，便空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由(3)式 itSoQ = WeCpc ( tz - ti ) = V P iCpc ( tz - ti )( 3 )根据热传递速率Q = KSAtm(4)所以KSAtm=VpiC« (ta-ti)(5)式中：Q一换热器的热负荷(电传热邃率)，kJ/s；We冷流体的质量流量，kg/s；V冷流体(空气)的体根流量，m3/s；pl冷流体(空气)的密度，kg/m3；K一换热器总传热系数，W/ ( m2 t )；Cpc-冷流-(空气)的平均比定压热容,kJ/ ( kg K )；S一传热而枳

6、，m2； tm一蒸汽与空气的对数平均温度差，空气的说量及两件流体的温度等可以通过各种测量仪表酒得。券台上而各式即可算出传 热总系数K。3 .传热膜系数的计算当传热而为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热介阻力的关系可表示为：11b 1(6)-11K 4 4 %式中：g空气在同管中强制对流的传热腹系数，W/ (m2-)；a?一蒸汽冷凝时的传热底系数，W/ (m2-X)o当管壁热阳可以忽略(内管为黄铜管而且壁厚b较薄，黄制导热系数人比较大)时,1111(7)14K a a2 %蒸汽冷源传热膜系数远远大于空气传热服系数，«K«a1o因此，只要在实验中浏得冷、 热流体的温度及空

7、气的体根流量，班可通过热笛算求出套管换热器的总传热系数Kffi,由此 求得空气传热膜系数值。4 .努塞尔数和雷诺数的计算心=蛔=山='(8)44ad Kd VpR(hQdNu = (9)义 A 4SM式中：A空气导热系数，W/ (m- t )；口一空气的拈度，Pa-s；d一套管换热器的内管平均直径，m；Pi一进口温度i时的空气密度,kg/m30由于热阻主要集中在空气一同，本实盼的传热面积S取管子的内表面较为合理，即5 = irdl本装置d=0. 0178 m, 1=1. 327mo5.空气说量和密度的计算空气密度Pl可按理想气体计算:8=129Pp y 273101330 X273 +

8、 r(10)式中：5 当地大气压，Pa ；t孔板流量计前空气温度，弋，可取t=h;空气的流量由1/4%嘴流量计测量，合并常数后，空气的体枳流量可由(11 )式计算11 1)式中:Co合并整理的流量系数，其值为Co=O. 001233；RR嘴流量计的压差计示值,mmH20oVi一空气的11枳流量，m3/s0五、实验操作12 实验前的准备(1)向电加热釜加水至液位计上端红线处。(2)检查空气流星旁路调节冏是否全开。(3)检查普通管支珞各控制冏是否已打开，保讦蒸汽和空气管路的通。(4)接通电源总忖，设定加热电压，后动电热捐炉开关，开始力II热。13 实盼开始(1)当蒸汽压力稳定后，启动旋汹气泵并运行

9、一段时间，保证实盼开始时空气人口温1用热系效K的计算gr,（七）律定。（2）调节空气流量旁路阳的开度或主附开度，便孔板流量计的压差计读数为所需的空 气流量值。（3）稳定5-8分仲左右读取压差计读数，读取空气人口、出口的温度值。、6（温度测量可采用热电偶或温度计）、空气压力值6、空气人、出口之间压力差比、蒸汽温度值b 及压力值。3,孔板流量计读数”。（4）调节空气流量，垂复（3）与（4）共测6-10组数据（注意：在空气人、出口之 间压力差P2最大值与最小值之间可分为6-10段）。（5）实盼过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽用炉加热过程（蒸汽温度 或压力变化较大）不要记录数据。14 实盼

10、结束（1 ）关闭加热器开关。（2）过5分钟后关闭被贝机，并招旁洛阳全开。（3）切断总电源。大、实能注意事项1、检查蒸汽加热釜中的水便是否在正常范围内。特别是每个实盼结束后，退行下一实 盼之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2、通旗保证蒸汽上升管线的崎通。在转换支招时，应先开启需要的支路附，再关闭另 -IP,且开房和关闭控制阳必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。3、必须保证空气管线的畅通。即在拨通风机电源之前，三个空气支路控制网之一和旁 路调节阳（见图1所示）必须全开。在转换支路时，应先关闭贝机电源，然后开启相关闭控 制附。4、调节流量后，应至少稳定510分算后读取实盼数据。5、套

11、管换热器中枳累的热水要及时放种，以免的啾蒸汽传热。七、实验纪录及数据处理印号1234567空气进口处密度p Kg/m31.2091.2081.2061.2041.2021.1971.192空气质量流量m2 Kg/s0.00190.00240.0030.00350.00410.00460.005空气流速u m/s7.9810.0912.3714.561719.2121.01空气定性温度t平均C41.742.0542.442.7543.444.2545.25定11温度下的空气密度p' Kg/m31.2131.121.1191.1181.1151.1121.108冷、热液体间的对数平均温差t

12、mC58.557.9157.6357.4256.7455.8546.08总给热系数Kw/M 七29.8437.4247.154.7964.8173.3895.362.加理坨值的计算F?号1234567对流给热系数a2w/MC29.8437.4247.154.7964.8173.3895.36空气黏度 u (x10A-5Pa-s)1.9221.9241.9251.9251.931.9341.939空气导热系融入W/m-K0.02730.02770.02780.02780.02780.02750.028雷诺数Re8058.0569397.75511505.06413529.83315713.991

13、7672.40519209.413普兰特效Pr0.70760.69810.70.70.6970.70690.6966努赛尔兹Nu17.4921.6123.7231.5337.342.6954.49o(2 理论值 a 2' W/H C45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.96努赛乐覆理坨值Nu'26.6930.0435.3640.2545.2950.0453.163%理坨值与实殿值比较侪号12345670(2理论值45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.960(2实聆值29.8437.4247.154.7964.8173.38

14、95.36相对误差0.34480.28050.23340.21650.17720.1468-0.0258误差分析：1.迪图斯-贝尔特公式有条件范围，而实聆数描并非全在其适用范围内，用此公式算出的NiT和。2误差就可能较大。2.实聆时，等待时间不足，导致数据未稳定时就记录了。容号1234567ln(Nu/Pr04)33.223.313.593.763.894.12In(Re)8.999.159.359.519.669.789.86冷流体给热系数的准数式：Nu/P产=APFln(Nu/Pr°4)=lnA+m In(Re)lnA=-7.9273, A=0.0256m=1.2124另附上原始

15、实能数据:序号冷空气热蒸汽流量(m3/h)进口温度()进口温度()进口温度()进口温度()15.2719.2064.20103.10103.0027.3019.5064.60102.90102.8038.9519.8065.00103.00102.90410.6020.3065.20103.10103.00512.3021.0065.80103.10103.00613.9022.0066.50103.10102.90715.2023.3067.20102.90102.904、对实盼结果进行分析与时论。从图像中线性回H方程的相关系数来看，实盼数据结果不是很准确，特别是线纹管。产生误 差的来源fR

16、多,读数不稳定、换热器保温效果差、换热器使用久了，行垢较厚，热流量值 下降等那便结果有一定的幅差。而且在处理数据时，采用很多近似处理，而实除实盼时很多 的条件并不稳定。在实盼过程中采用改变空气流量来调节，但是在政变空气流量的同时，其 他的数据也会改变，比如说空气出口温度，而且在改变的过程中，要经过一段时间空气出口 温度才会稳定，而我KJ测定的温度一定要是这个稳定的温度，所以在测定中没有经过足够长 的时间导致测定的淑度不是稳定的湍度，所以实骤时要注意等待五到十分加恃数据比较稳定 时，这样实骤结果就比较港硼*人、思考题（1 ）勒响传热膜系数的因素有哪些？番：底的厚度，液体的物性，以及压力温度。还有

17、材料的分子结构及其化学成物、H科重度、 材料滑度状况和温度状况。（2）在蒸气泠釐时，若存在不灌性气体，你认为将会有什么髓响？应垓采取什么措施？笞：对换热系数影响（R大，一般想办法除去，比如溟化理吸收式制i令机均韬年真空泵，其作用就是及时排除系统内的不凝性气体。1 ）会由于空气中含有水分适应冰堵。冰堵不单便制 冷效率下降。而且会导致系统停机。压力不断择低，还会损坏压缩机。2）空气温入压缩腔, 由于空气中含有不灌性气体，如氮气。这些不阴性气体会凝少制i令剂的俏环量，使制冷量降 低。3）并且不阴性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷阴而枳减小，泠源负荷 增大，冷温压力升高，从而制冷量会降低。（3）蒸气冷凝后，将产生冷温水，如冷凝水不能放出，累枳后淹埋加热铜管，你认为将会有什么勒响？应该采取什么指他？笞：1 ）会由于空气中含有水分造成冰堵。冰塔不单便制冷效率下择。而且会导致系统停机。压力不断降低，还会损坏压缩机。2）空气混入压缩腔，由于空气中含有不凝性气体，如