空气蒸汽给热给热 系数的测测定 1 一 实验实验 目的 了解间间壁式传热传热 元件 掌握给热给热 系数测测定的实验实验 方法 掌握热电热电 阻测测温的方法 观观察水蒸气在水平管外壁上的 冷凝现现象 学会给热给热 系数测测定的实验实验 数据处处理方法 了解影响给热给热 系数的因素和强化传热传热 的途径 2 二 基本原理 在工业业生产过产过 程中 冷 热热 流体系通过过固体壁面 传热传热 元 件 进进行热热量交换换 称为间为间 壁 式换热换热 如图图 4 1 所示 间间 壁式传热过传热过 程由热热流体对对固体 壁面的对对流传热传热 固体壁面的 热传导热传导 和固体壁面对对冷流体的 对对流传热传热 所组组成 3 达到传热稳 定时 有 Q 传热量 J s m1 热流体的质量流率 kg s cp1 热流体的比热 J kg T1 热流体的进口温度 T2 热流体的出口温度 m2 冷流体的质量流率 kg s cp2 冷流体的比热 J kg t1 冷流体的进口温度 t2 冷流体的出口温度 1 热流体与固体壁面的对流传热系数 W m2 A1 热流体侧的对流传热面积 m2 热流体与固体壁面的对数平均温差 2 冷流体与固体壁面的对流传热系数 W m2 A2 冷流体侧的对流传热面积 m2 固体壁面与冷流体的对数平均温差 K 以传热面积A为基准的总给热 系数 W m2 冷热流体的对数平均温差 4 热流体与固体壁面的对数平均温差可由下式计算 式中 TW1 冷流体进口处热流体侧的壁面温度 TW2 冷流体出口处热流体侧的壁面温度 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式 4 3 计算 式中 tW1 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度 tW2 冷流体出口处冷体侧的壁面温度 5 热 冷流体间的对数平均温差可由下式计算 当在套管式间壁换热器中 环隙通以水蒸气 内管管内通以 冷空气或水进行对流传热系数测定实验时 则由式 4 1 得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数 6 然而 直接测量固体壁面的温度 尤其管内壁的温度 实验技术难度大 而且所测得的数据准确性差 带来较 大的实验误 差 因此 通过测量相对较易测定的冷热流体 温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为 人们广泛采用的一种实验研究手段 实验测定 下冷流体对应的 换热面积A 即可由上式计算得总给热系数K 并查取 7 1 近似法求算对流给热系数 以管内壁面积为基准的总给热 系数与对流给热 系数间的关系为 近似法求算对流给热系数8 被忽略的传热热 阻与冷流体侧对流传热热 阻相比越小 此法所得的准确性就越 高 9 2 传热准数式求算对流给热系数 对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时 若符合如下范围内 Re 1 0 104 1 2 105 Pr 0 7 120 管长与管内径之比l d 60 则传热 准数 经验 式为 10 对于水或空气在管内强制对流被加热时 可将式 改写为 令 11 因此 实验时测 定不同流量所对应的 由式 求取一系列X Y值 再在X Y图上作图或将所 得的X Y值回归成一直线 该直线的斜率即为m 截距为C 12 任一冷流体流量下的给热系数 2可用下式求得 13 1 冷流体质量流量的测定 1 若用转子流量计测定冷空气的流量 还须用下式换 算得到实际的流量 14 2 若用孔板流量计测冷流体的流量 则 式中 V 为冷流体进口处流量计读数 为冷流体进口 温度下对应的密度 15 16 三 实验实验 装置与流程 17 2 设备与仪表规格 1 紫铜管规格 直径 21 2 5mm 长度L 1000mm 2 外套不锈钢管规格 直径 100 5mm 长度L 1000mm 4 铂热电 阻及无纸记录仪 温度显示 5 全自动蒸汽发生器及蒸汽压力表 18 四 实验实验 步骤骤与注意事项项 一 实验步骤 1 打开控制面板上的总电源开关 打开仪表电源开关 使仪表通电预热 观察仪表显示是否正常 2 在蒸汽发生器中灌装清水 开启发生器电源 使水处于加热状态 到达 符合条件的蒸汽压力后 系统会自动处于保温状态 3 打开控制面板上的风机电源开关 让风机工作 同时打开冷流体进口阀 让套管换热器里充有一定量的空气 4 打开冷凝水出口阀 排出上次实验残留的冷凝水 在整个实验过 程中也 保持一定开度 注意开度适中 开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉 开 度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂 19 5 在通水蒸汽前 也应将蒸汽发生器到实验 装置之间管道中的冷凝水排除 否则夹带 冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器 具体排除冷凝水的方法是 关闭蒸汽进 口阀门 打开装置下面的排冷凝水阀门 让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走 当听 到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀 方可进行下一步实验 6 开始通入蒸汽时 要仔细调节 蒸汽阀的开度 让蒸汽徐徐流入换热 器中 逐渐充满 系统中 使系统由 冷态 转变为 热态 不得少于10分钟 防止不锈钢 管换热 器因 突然受热 受压而爆裂 7 上述准备工作结束 系统处 于 热态 调节 蒸汽进口阀 使蒸汽进口压力维持在0 01MPa 可通过调节 蒸汽进口阀和冷凝水排空阀开度来实现 8 自动调节 冷空气进口流量时 可通过组态软 件或者仪表调节风 机转速频率来改变 冷流体的流量到一定值 在每个流量条件下 均须待热交换过 程稳定后方可记录实 验数值 改变流量 记录 不同流量下的实验 数值 9 记录 6 8组实验 数据 可结束实验 先关闭蒸汽发生器 关闭蒸汽进口阀 关闭 仪表电源 待系统逐渐冷却后关闭风 机电源 待冷凝水流尽 关闭冷凝水出口阀 关闭总电 源 待蒸汽发生器内的水冷却后将水排尽 20 二 注意事项 1 先打开冷凝水排空阀 注意只开一定的开度 开的太大会使换热器里的蒸汽 跑掉 开的太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力增大而使不锈钢管炸裂 2 一定要在套管换热器内管输以一定量的空气后 方可开启蒸汽阀门 且必须 在排除蒸汽管线上原先积存的冷凝水后 方可把蒸汽通入套管换热器中 3 刚开始通入蒸汽时 要仔细调节 蒸汽进口阀的开度 让蒸汽徐徐流入换热器 中 逐渐加热 由 冷态 转变为 热态 不得少于10分钟 以防止不锈钢管 因突然受热 受压而爆裂 4 操作过程中 蒸汽压力必须控制在0 02MPa 表压 以下 以免造成对装置的 损坏 确定各参数时 必须是在稳定传热状态下 随时注意蒸汽量的调节和压力表 读数的调整 21 五 实验实验 数据处处理及实验报实验报 告 1 打开数据处理软件 选择 空气 蒸汽给热 系数测定实验 导入 MCGS实验 数据 2 打开导入的实验 可以查看实验 原始数据并记录 3 绘制Y mX C曲线 并计算冷流体给热 系数的实验 值 2 4 冷流体给热 系数的准数式 由实验 数据作图拟 合曲 线方程 确定式中常数A及m 22 六 思考题题 1 实验中冷流体和蒸汽的流向 对传热 效果有何影响 2 在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致 它 们分别表示什么位置的密度 应在什么条件下进行计算 3 实验过 程中 冷凝水不及时排走 会产生什么影响 如何及时排走冷凝水 如 果采用不同压强的蒸汽进行实验 对 关联式有何影响 23 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好 。