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1、实验五 空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定一、实验目的1、通过实验掌握传热膜系数 的测定方法，并分析影响 的因素；2、掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数 C 和指数 m、n 的方法；3、通过实验提高对 关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；4、掌握测温热电偶的使用方法。二、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数 ，当流体无相变化时对流传热准数关联式一般形式为：Nu = C Rem Prn Grp对强制湍流，Gr 准数可以忽略。 Nu = C Rem Prn 本实验中，可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数 m、n 和系数 C。用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同
2、变量 Re 和 Pr 分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可取 n = 0.4（实验中流体被加热） 。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程： RelgPrlg4.0mCNu在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数 m。在直线上任取一点的函数值代入方程中得到系数 C，即 muer4.0用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到 C、m、n。可以看出对方程的关联，首先要有 Nu、Re、Pr 的数据组。雷诺准数 duRe努塞尔特准数 N1普兰特准数 pCPrd 换热器内管内径
3、（m ）1空气传热膜系数（W/m 2）空气密度（ kg/m3）空气的导热系数（W/m）p空气定压比热（J/kg）C实验中改变空气的流量以改变准数 Re 之值。根据定性温度计算对应的 Pr 准数值。同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数 值。进而算得 Nu 准数值。因为空气传热膜系数 1 远小于蒸汽传热膜系数 2，所以传热管内的对流传热系数 1 约等于冷热流体间的总传热系数 K 。则有牛顿冷却定律： Q =1AtmA传热面积（m 2） （内管内表面积）tm管内外流体的平均温差（）21lnttm其中： t1= T - t1 , t2= T - t2 T蒸汽的温度，传热量 Q 可由下式求得：
4、 Q= w p（t 2-t1）/3600 =V p（t 2-t1）/3600CCw 空气质量流量（kg/h）V空气体积流量（m 3/h）t1,t2空气进出口温度（）实验条件下的空气流量 V（m 3/h）需按下式计算：1271tt空气入口温度下的体积流量（m 3/h）1tV空气进出口平均温度（）其中 可按下式计算 1t 1168.2tt PVP孔板两端压差（ KPa）进口温度下的空气密度（kg/m 3）1t本实验装置是两条套管换热器，其中一条内管是光管，另一条内管是螺旋槽管，分别测定和对比流体在两种管内强制对流时的传热膜系数。三、实验内容1、测定水蒸汽空气物系在常用流速范围内的传热膜系数；2、.
5、先设定一种操作条件，待达到定态操作后，再增加 50%的热（或冷）流体量，并维持热（或冷）流体的进出口温度不变。你认为应采取哪些措施。在实验中实施之。四、实验方法1、首先用蒸汽发生器加热产生蒸汽，打开光管侧风机，调节孔板流量计 R 值约为 20 左右。2、待进口温度 t1 稳定在 35C 左右，蒸汽发生器停止加热，打开光管侧蒸汽进气阀，开始读取温度 T、t 1、t 2、t 壁 ，孔板流量计 R 值及孔前表压 Rp，将这些数据记录在实验记录表上。3、改变孔板流量 R 值约为 30，再测取以上数据并记录，大约做 5 组数据。4、然后打开蒸汽放气阀，让蒸汽发生器再次加热，直至其停止加热，同样再做 5
6、组数据，重复几次，将数据记录到实验记录表上。5、实验结束，先关闭蒸汽发生器加热电源，待系统冷却后，再停风机。五、实验装置和流程1.风机 2.流量计 3.调节阀 4.蒸汽套管 5.视镜 6.温度计 7.热电偶 8.安全阀 9.压力表 10.压差计 11.蒸汽阀 12.放气考克 13.疏水器 14.热电偶转换开关图 4 实验流程图六、数据记录与处理管型： 管内径：17.8mm 室温： oC 实验日期： 大气压强： （mmHg） 序号进口温度t1（C）出口温度t2（C）蒸汽温度T（ C）管壁温度t 壁 （C）计前表压Rp（mmHg）流量计示值R（mmH 2O）管子压差P（mmH 2O）1234567
7、81、数据的计算整理及列表：（a）对数平均温度，定性温度：tm= （ oC）21lntTt 定 =（t 1+t2）/2 （ oC）（b）密度 的计算：= 0.4645( ) （kg/m 3）tRpPa73式中：P a大气压强（mmHg） ，可取当地全年平均大气压强计算；Rp流量计前端被测介质表压强，mmHgt流量计前介质温度（ oC）,可取 t=t1（c）质量流量（Vs ）查产品说明书得流量系数 C=0.001233Vs =0.001233 (kg/s) R 压差计示值，mmH 2O （d）雷诺数（Re）的计算：Re= dVdupsms73.142注：在 0-120oC 范围内， 可按下式计算
8、：=1.7210-5+4.7710-8 t 定 （e）实测的 Nu 数：Nu 测 = mpstFcVd 进出)(其中 Cp：0-70 oC 范围内，Cp=1.005（kJ/kgk） ；t 定 =70120oC Cp=1.009（kJ/kgk） 在 t 定 =4080o 范围内可用下式计算 ：)02491.(3.定teFm= ，换热长度 L=1.224（米）dLFm = 0.01781.224=0.0685 m2（f）按通和关联式计算的 Nu 数：Nu 计 =0.0199(Re)0.8( ) 实测 Nu 测 与 Nu 计 相比较，相对误差 ；壁定t273= 测 计测 u2、实验结果列表和作图：数
9、据整理结果列于下表中，并且将结果作出 lnRelnNu 关系散点图。序号 定ttm SVRe 测uN计 Ln( )测uNLn( )计uLn(Re)12345678实验项目二 螺旋槽管给热准数方程的测定实验时可以发现，加热蒸汽压相同，空气流量相同，但螺旋槽管的出口温度远比光管高，这证明螺纹强化了传热过程。当然我们还应具体地测量它的给热准数方程式。这项测定和前述光管的测定方法相同。由于两种管子都是用同一管材轧制，为了便于对比，螺旋槽管管径取与光管一致，这样流量和定性温度相同时，两种管子的雷诺数相同。这样处理方法，见诸于中、外文献。实验的原始数据和结果见表：因为 Nu=cRem LnNu=Lnc+mLnRe m 为 lnNu-lnRe 直线的斜率，lnC 为截距。从而得出 m,c.因此可以计算出这种螺旋槽管给热准数方程式是：Nu=cRem 七、思考题1、在实验验中，有哪些因数影响实验的稳定性？2、影响传热系数 的因数有哪些？K3、在传热中，有哪些工程因数可以调动？你在操作中主要调动哪些因数？八、实验注意事项1、要注意电热蒸汽锅炉的水位控制和排污。2、必须保证蒸汽上升管线的畅通，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。 3、必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，旁路调节阀必须打开。要注意测量管中的空气流量控制，不要太大，以免冲走压差计中的水（特别是风机启动时） 。
