传热系数测定实验

实验四 传热系数测定实验1 .实验目的（1）观察水蒸汽在水平管外壁上的冷凝现象；（2）测定空气一水蒸汽在套管换热器中的总传热系数；（3）测定空气在圆形直管内强制对流时的传热膜系数及其与雷诺数Re的关系。2 .基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸汽，内管管内通以空气，水蒸汽冷凝放热以加热空 气，在传热过程达到稳定后，有如下热量衡算关系式（忽略热损失）：Q = VpC（I t ）= K S At =a S （t t）p 21i i m i i W mPS ZaPCP (L'S 队 fmK = VP C *）由此可得总传热系数i（传热膜系数）空气在管内的对流传热系数m3/s；上式中Q：传热速率，w；V：空气体积流量（以进口状态计），p :空气密度（以进口状态计），kg/m3；Cp ：空气平均比热，J/（kg °C）；K:以内管内表面积计的总传热系数，W/（m2C）；a.:空气对内管内壁的对流传热系数，W/（m2 C）；，、t2 :空气进、出口温度，C；S.：内管内壁传热面积，m2；乙t :水蒸气与空气间的对数平均温度差，C；"At =（T 一'T-12）T t ln i T t2 T：蒸汽温度（取进、出口温度相同），C。（tw-t）m :空气与内管内壁间的对数平均温度差，C； （t t） （t t ） （t t ） = w 1W2 _w mt tIn 1 t tt r 12 :内管内壁上进、出口温度，wC。2当内管材料导热性能很好，且管壁很薄时，可认为内管内外壁温度相同，即测得的外 壁温度视为内壁温度。流体在圆形直管内作强制湍流（流体流动的雷诺数Re>10000）时，对流传热系数a.i 与雷诺数Re的关系可近似写成a = A Re n式中A和n为常数。两边取对数得：'ln a = ln A + n In Rei根据原始实验数据计算出不同雷诺数Re （要求Re>10000）下的对流传热系数以i，以lnRe 为横坐标，ln a i为纵坐标，作图得一直线，其斜率即为n。3 .实验装置与流程本实验装置由风机（旋涡气泵）、变频器、孔板流量变送器、蒸汽发生器、套管换热器、 温度传感器等构成，其流程如图2-5所示，其仪控柜面板如图2-6所示。来自蒸汽发生器的水蒸汽进入套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水经管 道排入地沟。冷空气经孔板流量计进入套管换热器内管（紫铜管，直径p 16 X 1.5mm，长度 L=1010mm）,热交换后放空。4 .实验步骤（1）检查仪表、风机、测温点是否正常，检查进系统的蒸气调节阀是否关闭。（2）打开总电源开关、仪表电源开关（蒸汽发生器由教师启动）。（3）启动风机（手动操作时采用“直接启动”，自动操作时采用“变频器启动”），全开风 量调节阀。（4）排除蒸汽管线中原积存的冷凝水（方法：关闭进系统的蒸气调节阀，打开蒸汽管冷凝 水排放阀）。（5）排净后，关闭蒸汽管冷凝水排放阀，打开进系统的蒸汽调节阀，使蒸汽缓缓进入换热 器环隙（切忌猛开，防止玻璃爆裂伤人）以加热套管换热器，再打开换热器冷凝水排放阀（冷 凝水排放阀不要开启过大，以免蒸汽泄漏），使环隙中冷凝水不断地排至地沟。（6）仔细调节进系统蒸汽调节阀的开度，使蒸汽压力稳定保持在0.05MPa以下（可通过微 调不凝性气体排空阀使压力达到需要的值），以保证在恒压条件下操作。（7）手动操作时：根据测试要求，由大到小调节空气流量手动调节阀的开度，合理确定5 6个实验点，待稳定后从控制面板上读取温度、压力、流量等有关数据。自动操作时：进入“对流给热系数测定实验”计算机控制界面，根据测试要求，由大 到小改变空气流量（调节变频器改变风机转速），合理确定56个实验点，待稳定后点击“数 据采集”按钮由计算机自动记录有关数据。所有实验完成后单击“退出”按钮停止实验。（8）实验终了，首先关闭蒸汽调节阀，切断设备的蒸汽来路，再关闭风机、仪表电源及总 电源（蒸汽发生器由教师关闭）。风机冷凝水冷凝水5 .实验数据记录图2-5传热实验流程简图实验日期： 装置号：同组实验人员：序 号蒸汽压力kPa蒸汽温度T(°C)空气流量V(m3/h)空气入 t1(C)空气出t2(C)壁温入tw1(C)壁温出紫铜内管：直径016 X 1.5mm,长度L =1010mm 6.实验结果(1) 算出空气一水蒸汽在套管换热器中的总传热系数及空气在圆形直管内强制对流时的传 热膜系数，给出计算示例。(2) 按管内强制湍流(e>10000)时传热膜系数的模型式以i = ARe"，利用直线图解法 或最小二乘法求出常数们7 .思考题(1) 实验中空气和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？(2) 蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施？(3) 实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？(4) 实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是空气侧温度？为什么？