对流传热实验实验报告

实验三对流传热实验一、实验目的1•掌握套管对流传热系数a的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解,i应用线性回归法，确定关联式Nu二ARemPro.4中常数A、m的值；2•掌握对流传热系数a随雷诺准数的变化规律；i3.掌握列管传热系数Ko的测定方法。二、实验原理㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定对流传热系数a的测定i在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。对流传热系数a可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定iQ 小a=i (1)iAtXSi*式中：a—管内流体对流传热系数，W/(m2°C)；iQ—管内传热速率，W；iS—管内换热面积，m2；iAt—内壁面与流体间的温差，C。At由下式确定： At=T-If (2)w2式中：t,t—冷流体的入口、出口温度，C；12T—壁面平均温度，C；w因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，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t来表示。w管内换热面积： S=兀dL (3)i ii式中：d—内管管内径，m；i

L—传热管测量段的实际长度，m。i由热量衡算式：Q二WCp(t-1) (4)imm21其中质量流量由下式求得：5)Vp5)——m m3600式中：V—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；mCp—冷流体的定压比热，kJ/(kg・。0；mp一冷流体的密度，kg/m3。mCp和p可根据定性温度t查得，t=艺为冷流体进出口平均温度。mm m m2t，t，T，V可采取一定的测量手段得到。1 2wm对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为Nu=ARemPrn.(6)其中：ATudNu=其中：ATudNu=i i入iudpRe=——m immPr=Cpy物性数据物性数据九、Cp、p、m m my可根据定性温度t查得。经过计算可知，对于管mm内被加热的空气，普兰特准数Pr变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：Nu=ARemPr0.4 (7)这样通过实验确定不同流量下的Re与Nu，然后用线性回归方法确定A和m的值。㈡列管换热器传热系数的测定管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料(主要

是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。实验装置采用双管程。传热系数Ko用实验来测定1）K=—Qi—°AtxSmO1）式中：Ko式中：Ko—列管传热系数，W/（m2°C)；Q—管内传热速率，W；im2；Sm2；OAt—平均温度差，mC。At由下式确定：mAt—平均温度差，mC。At由下式确定：m=屮事式中：t,1T1Atm m逆(T-1)-(T-1)1221lT-1T-121—冷流体的入口、出口温度，°C；Atm逆2）（3）Atm逆t2T—热流体的入口、出口温度，C；2—逆流时平均温度差，°C；屮一温差校正系数，由R、P的查到（课本P）。100屮=f（P,R）T/-T/ 冷流体的温升P= 1—= T-T/两流体的最初温度差11T-T热流体的温降R=―1 2=—_亠…… T/-T/冷流体的温升21管外换热面积： S=ndLo （4）oo式中：d—内管管外径，m；OL—传热管测量段的实际长度，m。O

由热量衡算式：Q二由热量衡算式：Q二WCp(t-1)imm215)其中质量流量由下式求得：6)Vp6)VW=—m mm3600式中：V—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；mCp—冷流体的定压比热，kJ/(kg・。0；mp—冷流体的密度，kg/m3。mCp和P可根据定性温度t查得，t=払为冷流体进出口平均温度。mm m m2t，t，T，T，V可采取一定的测量手段得到。1212m三、实验流程和设备主要技术数据设备主要技术数据见表1表1实验装置结构参数]紫铜内管内径d(mm)i(列管)；(套管)紫铜内管外径d(mm)o套管玻璃外管内径D(mm)i套管玻璃外管外径D(mm)o列管玻璃外管内径D(mm)i列管玻璃外管外径D(mm)o#测量段(紫铜内管)长度L(m)玻璃转子流量计型号：LZB—25泵型号：WB50/025实验流程如图1所示。实验的测量手段⑴温度的测量|冷水热水进出口温度采用热电阻温度计测得。套管壁温采用热电偶温度计测量。⑵加热热水箱内装有2组加热器，热水箱为双层保温设计。加热方式采用温度控制加热。图1水-水传热综合实验装置流程图四、实验方法及步骤实验前的准备，检查工作。⑴向水箱中加满水。⑵接通电源总闸，设定加热表温度为60£,启动电加热器开关，开始加热。关闭热水端转子流量计阀门，启动热水泵，打开转子流量计阀门，选择一个换热器，使热水循环流动。2.实验开始.⑴选择套管换热器。调节热水流量为一定值920L/h。⑵启动冷水泵用转子流量计调节流量，调好某一流量后稳定3-5分钟后，分别测量冷水的流量，进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量4〜6组数据。⑶做完套管换热器的数据后，要进行列管换热器实验。分别记录热水进出口温度冷水进出口温度。实验方法同步骤⑵。实验结束后，依次关闭加热、泵和总电源。一切复原。五、实验注意事项1、 检查加热箱中的水位是否在正常范围内。特别是每次实验结束后，进行下一次实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2、 实验管路内部不能有气泡，高位槽一定要有溢流，以保持冷流体流量稳定。什算过程示例』C均叹弟-一组啟站为例〕*对流传热系数弔的测定”内壁面打流体间的温圧；加=瑤—丄=44・6-=23,严G22tl.t：—；毎流犧妁人出口湿匪.C；7；—堕面平毘I温底..0»管内换热面积:Sj=TrdjiLj=3.14*0.008*1,2=0.030144m24—內管爸内也m；厶一特迪管测量段的实贰悅度*质量流量：%=加世=Q%=肮、讪=0.02772血/贰m3600 3600*1000 3600+1000 °管内传热速率；Qi=WmCpm(_t2-tl)=0.02772*4.1821000*(27.5-15.3)=1414.40^Q—浇直L/h：pg―事就低密葩kgW：Cp^一冷流件■的定虑匕匕規kJ■'(leg"'C)T匚戸e牝阳叮綿据迟址温履山在得，匚弓'；％为樓流件进击门平均遇虔。F^ M 流速,., _£_ 10叫珈00_°'5辺9"』流速,D.008Y27%~A~丁［斗 _ D.008Y27Q—流矍.Lt:A一曾旳检闻斗F-m2o+■对流传热系数；矶二爲二启鈿二对流传热系数；矶二爲二启鈿二20^47呵0^01雷诺数：Re=C.5529V0.00&+99S “l 0^01雷诺数：Re=C.5529V0.00&+99S “l =0.00098375二.列管换热器传热系数的测定,逆流时平均温度差：U-肌一切一(兀rl)-加44.7>(57-14.7)_”口“丸厂- «r- — £.A.d.—jIZ^ —iiO-OjoZ.L+Jtj.t：—冷流怖的人口*出口温度.c；tl.心一議渡体的人厅、出口溫度.C.a1414.40^0.000 =£€»■¥£］、+■平均視度差;A切=卩加时逆=098*26.8382=26.3014°^冲.•皆/XA.^1-Er丄卜肖―砒校師銀収阳割畑Ma审二f(p®+p=*—，R管外换热面积|%=nndQLQ=6*3.14龙0.012*1.2=0.2713hi2.虫j—內苛酋扑径，m：5—传然酋测董啟对实际玄丘，nio”=0.02767kg/s^Qptu_ 100=0.02767kg/s^3600-1000_1600^100034S5.25管内低热速率:Q=PK»Cpm(r2-tJ=0.02767*4175*1000*(447-14.7)=3465.25^Q—滓玫.L/h:旳一令流低密崖*kg-'m1:Cpm—专流体的定压比黯.LT/Qcg»C).亡卩硯和张可棹器定41混良J盘谭，J=f；勻为冷嵐■体进由口平拎泾显+34S5.25传热系数；心=_纨一=—34bJ-^一=485Z3W/(in2*吃h26.3014*0.7713 、□SOOO02\15雷诺数：Rm=旳虫卫”」=気5吏加垃•网=外28□SOOO02\15表1套管换热器原始数据及数据整理表No.123456流量（L/h）100150200250300350tfc)¥12（C）T(C)w)t(c)mP(kg/m3)998入*100mCpm口*10000m!△t(C)!W(kg/s)mu(m/s)'Qi(W)((W/m2・C)Re*NuPrNu/*

表2列管换热器原始数据及数据整理表No.12346流量（L/h）100150200250300350TlCC)$T2CC)57(11(C)12(C)t(°C)mP(kg/m3)996997998m入*100m?Cpm口*10000m]W(kg/s)m>u(m/s)Qi(W)Atm△tm逆K(W/m2・°C)ReRP实验分析.Nu/—ARem曲线通过实验确定不同流量下的Re与Nu值，并将公式Nu二转换为Nu/=ARem，以Nu/为纵坐标，Re为横坐标做线性回归得右图，并确定出方程为y=*，由此得出A=,m=o二.K—R