实验四 强制对流下传热膜系数的测定
6页1、实验四 强制对流下传热膜系数的测定一、实验目的 1掌握圆形光滑直管(或波纹管)外蒸汽、管内空气在强制对流条件下的对流传热膜系数的测定; 2根据实验数据整理成特征数关联式。 二、实验原理 1.特征数关联影响对流传热的因素很多,根据量纲分析得到的对流传热的特征数关联式的一般形式为: (4-1)式中C、m、n、l为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同,待定参数不同。目前,只能通过实验来确定特定范围的参数、本实验是测定空气在圆管内做强制对流时的对流传热系数。因此,可以忽略自然对流对对流传热系数的影响,则Gr为常数。在温度变化不太大的情况下,空气的Pr可视为常数、所以,准数关联式(4-1)可写成 (4-2)或 待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后,根据原理计算、分析求得。2.传热量计算努赛尔数Nu和雷诺数Re都无法直接用试验测定,只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后,蒸汽将放出冷凝潜热,冷凝成水,热量通过间壁传递给套管内的空气,使空气的温度升高,空气从管的末端排除管外,传递的热量由下式计算。 (4-3)根据传热速率方程: (4-4)所以
2、(4-5)式中: Q换热器的热负荷(或传热速率),kJ/s;qm冷流体(空气)的质量流量,kg/s;t1空气的进口温度,;t2空气的出口温度,;qV1冷流体(空气)的体积流量,m3/s;1冷流体(空气)的密度, kg/m3;K换热器总传热系数, W/(m2. );cpc冷流体(空气)的平均定压比热容, kJ/(kg.K);A传热面积, m2;tm蒸汽与空气的对数平均温度差,。T蒸汽温度,K。空气的体积流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得,由式(4-5)即可算出传热系数K。3.对流传热系数的计算当传热面为平壁,或者当管壁很薄时,总传热系数和与各对流传热系数的关系可表示为: (4-6)式中: 1管内壁对空气的对流传热系数,W/(m2. );2蒸汽冷凝时对管外壁的对流传热系数,W/(m2. );当管壁热阻可以忽略(内管为黄铜管,黄铜导热系数比较大,而且壁厚b较小)时: (4-7)由于蒸汽冷凝时的对流传热系数远大于管内壁对空气的对流传热系数,即2 1,所以K1。因此,只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量,即可通过热量衡算求出套管换热器的总传热系数K值,由此求得管内壁对空气
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