对流给热系数的测定实验.docx

对流给热系数的测定

一、实验目的

1、 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；

2、 测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数a.；

3、 应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=AReE4中常数a、m的值。

4、 掌握热电阻测温的方法。

二、基本原理

在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：

式中:VpC

式中:

VpCp（t2一匕）=『邕一t）m

V——被加热流体体积流量，m3/s；

（1-1）

P 被加热流体密度，kg/m3；

Cp——被加热流体平均比热，J/（kg?C）；

气一一流体对内管内壁的对流给热系数，W/（m2?C）；匕、t2——被加热流体进、出口温度，C；

Ai——内管的外壁、内壁的传热面积，m2；

（1-2）（T—Tw）m——

（1-2）

（T一印）=（T1—T”1）—%-七）

7m T-T

ln1 ”1

T2-T”2

（1-3）（tw—t）m

（1-3）

(t-1)=S”1T1)一S”L2)

wm t”1-11

匕2-12

式中：T］、T2——蒸汽进、出口温度，C；当内管材料导热性能很好，即4值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1=tw1，Tw2=tw2,即为所测得的该点的壁温。

Tw1

Tw1、Tw2、?

外壁和内壁上进、出口温度，。C。

由式（1-3）可得:

a=*〃（，2一1）

i A0（tw一『）m

若能测得被加热流体的V、L、t,，内管的换热面积A,以及水蒸气温度T，壁温T.

1 2 1 w1

(1-4)

Tw2,则可通过式（1-4）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数％。

流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得:

湍流时:

（1-5）

X

a.—0.023—Re0.8Pr0.4

i

式中：a.——流体在直管内强制对流时的给热系数，W/（m2?C）；

入 流体的导热系数，W/（m2?°C）；

d 内管内径，m；

Re——流体在管内的雷诺数，无因次;

Pr一流体的普朗特数，无因次。

上式中，定性温度均为流体的平均温度，即tf=（t1+t2）/2。

过渡流时:

__:

a.—pa.

(1-6)

16X10）式中：中修正系数，中—1一柘

2.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

(1-7)

Nu=￥

i人

其中： 气

经过计算可知，对于管内被加热的空气，

物性数据《、cpi、p、吒可根据定性温度tm查得。

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:i

Nu=ARemPro.4

(1-8)

这样通过实验确定不同流量下的阴与叫‘然后用线性回归方法确定A和m的值。

三、实验装置与流程

实验装置

实验装置如图1所示。

来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自水泵）的水进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷水经涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置夕卜。

图1传热系数测定装置流程图

1-可移动框架2-中间储水箱3-液位控制浮球阀4-涡轮流量计5-水箱排水阀6 6-阀5

7-进水口8-水泵9-脚轮10-冷凝水排放口11-冷凝水排水阀412-蒸汽进汽口13-冷

凝水调节阀214-蒸汽调节阀315-冷流体出口温度16-蒸汽压力表17-壁面右端温度18-排不宁性气体阀门19-蒸汽右端温度20-冷流体流量调节阀121-壁面左端温度22-蒸汽左端温度23-排不宁性气体阀门24-冷流体进口温度25-换热外套管26-换热紫铜管27-可视视窗

仪表箱面板图如2所示：

15

1

5

图2仪表箱面板图

1-总电源指示灯2-空气开关3-仪表电源指示灯4-仪表电源开关5-风机电源指示灯6-风机电源开关7-温度巡检仪第一通道为流体进口温度，第二通道为流体出口温度，第三通道为左端蒸气温度，第四通道为右端蒸气温度

设备与仪表规格

紫铜管规格：紫铜管外径=21mm紫铜管管厚=1.5mm

外套玻璃管规格：直径(p100X5mm，长度L=1000mm

压力表规格：0?0.1Mpa

四、实验步骤与注意事项

(一)实验步骤

1、蒸气发生器加水，加热，把蒸气加热到额定压力下。

打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。

打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门。

打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。

在做实验前，应打开冷凝水排水阀4将蒸汽