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1、实验 4 空气对流传热系数测定一、实验目的(1) 测定套管换热器总传热系数 K；（2）测定空气在圆形直管内作强制湍流流动的传热系数 ；（3）将实验数据整理成经验方程式。二、实验原理（1）测定总传热系数 K；依据传热速率基本方程式， ，有mtAQK（ KW2） （3-12）实验时，若测定出传热速率 及平均传热温差 mt，就计算出 值。传热速率 Q本实验系水与空气间换热，如果忽略器壁热损失，根据热量衡算，得：)()(1221tcmTcQpsps （3-13）式中： 热流体、冷流体质量流量， ；21s、mskg热流体、冷流体定压热容， ；21Ppc KJ热流体进、出口温度， ；T12冷流体进出口温度
2、， 。21、t空气质量流量可由体积流量换算，即：（3-1Vms14）tpa16.2731029.空 气 （3-15）式中： 进口空气密度， 3mkg；ap当地大气压， aP；空 气流量计前空气的表压， a；t流量计前空气的温度，。传热平均温度差 mt121ln)()(tTt （3-15） 传热面积dLA （3-16）(2)测定空气与管壁的对流传热系数在空气-水换热系统中,若忽略管壁及垢层热阻,则总热阻与各层对流传热热阻间的关系可简化为：（3-17） 由于水側对流传热系数远大于空气側，即 ，故：211K（3-18）（3）求 与 间的函数关系Re从因次分析知，流体在管内强制湍流时的因次方程如下：n
3、mANuPrRe（3-19）或 npmCdu)(（3-19a）式中： 空气对流传热系数， ；KmW221K 换热管外径， ；dm空气平均速度， ；us空气在定性温度下的导热系数， ； KmW空气在定性温度下的密度， 3kg；空气在定性温度下的粘度， sPa；pC空气的定压比热， KkgJ、 n待定特性系数及指数。Am本实验中的空气处于冷却过程，故 3.0n，于是式 3-19 可简化为：mANuRePr3.0 （3-30）上式两端取对数，得：RelglPrlg3.0mANu （3-30a）在双对数坐标中以 3.0ru对 e作图得一直线，由直线斜率和截距求解 及 A，从而确立 与 P、 R间的经验
4、公式。m三、实验装置及流程 本实验装置流程如图 1 所示。图 1 传热系数测定实验设备及流程四、操作步骤1、准备阶段检查所有仪表、设备是否处于正常状态，开启电源开关，查看所有仪表是否上电，指示是否正常。将各阀门顺时针旋转操作到关的状态。检查孔板流量计正压阀和负压阀是否均处于开启状态（实验中保持开启） 。调节温度控制仪的设定温度到指定值。2、实验阶段本设备可进行并流和逆流换热过程，两个过程基本操作相同，下面以并流操作说明。（1）启动热风机 C602，调节风机出口流量为某一实验值，开启 C602 热风风机出口阀 VA05，列管式换热器 E603 热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18
5、),启动热风加热器 E605，控制热空气温度稳定在80，对设备预热一段时间。注意:当流量 FIC60220%时禁止使用热风加热器，而且，风机运行时，尽量调到最大功率运行。（2）依次开启列管式换热器冷风进、出口阀（VA08、VA11） ，热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18） ，关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门。启动冷风风机 C601，调节其流量FIC601 为某一实验值，开启冷风风机出口阀 VA04，开启水冷却器 E604 冷风出口阀 VA07，自来水进出阀（VA01、VA03） ，通过阀门 VA01 调节冷却水流量，通过阀门 VA06 控制冷空气温度TI605 稳定在30
6、。（3）调节热风进口流量 FIC602 为某一实验值、热风加热器出口温度 TIC607（控制在80）稳定，调节热风电加热器加热功率，控制热风出口温度稳定。待列管式换热器冷、热风进出口温度基本恒定时，可认为换热过程基本平衡，记录相应的工艺参数。（4）以冷风或热风的流量作为恒定量，改变另一介质的流量，从小到大，做 3-4 组数据，做好操作记录。3、实验结束停止热风加热器，继续大流量运行冷风风机和热风风机，当冷风风机出口总管温度接近常温时，停冷风、停冷风风机出口冷却器冷却水；当热风加热器出口温度 TIC607 低于 40时，停热风风机。装置系统温度降至常温后，关闭系统所有阀门，切断控制台、仪表盘电源
7、，清理现场。五、数据记录及处理表 1 实验数据记录表传热面积 m 2 换热管外径 m温度 （）序号热空气流量（ hm3）冷空气流量（ h3）热空气进口温度热空气出口温度冷空气进口温度热空气出口温度123456表 2 实验数据处理表1 2 3 4 5 6冷流体进口温度 t 进 冷流体出口温度 t 出 热流体进口温度 T 进 热流体出口温度 T 出 逆流时对数平均温度差 tm冷流体质量流量Wc(kg/s)冷流体比热 Cpc (kJ/kg K)传热面积 A (m2)总传热系数 K (W/ .2m)C0六、实验报告（1）在双对数坐标图中绘制 关系曲线；RePr/3.0Nu（2）整理出流体在圆形直管内作强制湍流流动的对流传热系数半经验公式；（3）将整理出的半经验公式与教科书的公认计算式比较。七、思考题（1）测定总传热系数 K 需要哪些数据?（2）为什么本装置的总传热系数 K 近似等于空气側的对流传热系数？（3）空气温度、压力、流速对 值有何影响？（4）流量大小对实验结果有何影响？
