试验三空气.docx

实验三 空气－水对流给热系数测定一、实验目的1. 测定套管换热器中空气—水系统的传热系数；2. 测定不同的热空气流量时，Nu与Re之间的关系，并得到准数方程式；二、基本原理1. 测定传热系数 K根据传热速率方程式Q = KA 叽 (1)2)实验时，若能测定或确定Q、t和A,则可测定Km(1) 传热速率在不考虑热损失的条件下0二阻卄(爲一爲) (3)式中：鶴—空气的质量流量，kg/s,叫=戸冬，冬为空气的容积流量，m3/s, p为空气的密度， kg/m3；%—空气的定压比热，J/(kg・K)； 爲，爲—空气的进、出口温度，€2) 传热推动力tm%皆 (4)式中:% = T\ - 一冷却水出口温度，C加2=爲一『1，勺一冷却水进口温度，C(3) 传热面积貝=真&L (5)式中：L—传热管长度，m ； d—传热管内径，m2. 求Nu与Re的定量关系式由因次分析法可知，空气在圆形直管中强制湍流时的传热膜系数符合下列准数关联式：6)式中：A，n—待定系数及指数;几一定性温度下空气的导热系数，W/(m・K);“一空气的粘度,kg/(m・s); 氐一管壁对空气的传热膜系数,W/(m2・K)在水一空气换热系统中，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数K与传热膜系数①的 关系为：1 1 1—KJ + K 斶 禺式中：斶一管壁对水的传热膜系数,W/(m2・K) 禺一管壁对空气的传热系数,W/(m2・K)本实验中保持水在套管环隙间的高速流动，且由于水的比热较大，因此水的进、出口温 度变化很小，管壁对水的传热系数较管壁对空气的传热系数大得多，即答R %，这样总 传热系数近似等于管壁对空气的传热系数：实验中通过调节空气的流量，测得对应的传热系数，然后将实验数据整理为Re及Nu， 再将所得的一系列 Nu-Re 数据，通过用双对数坐标纸作图或回归分析法求得待定系数 A 和 指数n进而得到准数方程式。

三、实验装置如图 1 所示，实验装置由加热器1、夹套换热器 14、 15、风机 7 和流量计 2、 10 等组成 换热器的内管14为申30x2mm的铜管，有效长度为2000mm由风机7送入风管的冷空气经 电加热器 1 加热后，进入套管换热器的内管 14与环隙内的冷却水换热后排至大气中系 统内，空气流量由玻璃转子流量计测量进出换热器的水和空气的温度分别用铜电阻测温探 头 3、 4、 5、 12、 13 和玻璃管温度计测定，并在数字显示仪16、 17、 18、 19、 20 上读取1 加热器风机；2 空气流量计；3，4，5，12，13 铜电阻测温探头压力计；6 空气流量调节阀；7 风机；8，9 压力 ( 差 )计；10 流量计；11水流量调节阀；14，15 套管换热器；16，17，18，19，20 温度显示仪；21 总电源开关；22，23加热器开关；24 风机开关图 1 空气—水系统传热实验装置四、实验步骤1. 实验准备(1) 在使用本设备前应了解设备的基本结构(设备的基本结构如图1所示)，并按正确 的操作方法使用设备2) 实验前检查进水、进风、是否控制正常，并进行设备预热2. 预热操作(1) 开启控制柜总电源21,调整温度控制仪18的控制温度(将温控仪设定-测量开关 调至设定位置，设定80°C；然后将温控仪设定-测量开关调至测量位；温控仪将以80°C为 均值进行自动控制)。

2) 开启风机电源开关 24，调节风量阀门 4 将进风流量调节至流量计2 的中间读数位， 开启电加热器I开关22 (温度控制仪控制加热器I,加热II是手控制、备用加热用，如特 别寒冷地区或耗热量大等)3) 开启冷却水阀门 11，调节水的流量至流量计 10 的中间读数位；观察各温度仪表 变化，使温度缓慢上升逐步加热设备各部分，待温度稳定后方可进行正常操作3. 实验操作(1)经预热稳定后，调整进风流量，即可读取空气流量计前表压，空气和冷却水的进、出口测点的温度值实验从大风量做起，共测6〜8组不同风量的实验数据2)操作中应注意：勿将进风调节阀关闭，以免造成风机损坏；勿在没有空气流量的 情况下加热空气，以免造成加热器的损坏4. 关机操作先关闭电加热电源，然后调大风量经10分钟以上，待设备温度降至30°C以下再关闭风机电源开关和冷却水阀门及总电源，以保证设备及实验室安全五、实验记录与数据处理1.数据记录参见表 1表 1 传热实验数据记录表管内径： mm管长： m；室温： °C当地大气压： Pa序 号流量计 示值计前表压温度示值计算结果V m3/hrpj mmHg空气 进口 T1C空气 出口T C2水进口t1C水出口t2CNuRe123456• • •2. 数据处理将所测得的空气流量换算为 m3/s 单位，然后计算其密度，在用前述式(1)〜(6)计算出 Re 和 Nu 并作图或回归出 Re-Nu 方程。

六、 实验报告1. 将原始实验数据列成表格；2•定量分析总传热系数K与空气流速的关系；3. 将空气的传热系数整理成恥=卫卫亡)M准数方程.七、 思考题1. 影响总传热系数K的因素有哪些？2. 在本实验条件下，进一步地提高冷却水的用量，是否能达到有效强化传热过程的目 的？3. 影响传热系数氐的因素有哪些?使用氐的准数关系式时要注意些什么？。