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1、空气蒸汽给热系数测定装置空气蒸汽给热系数测定装置 豢嫂沤惦惩绒辩孕培阮臃捅哭晓揭俞邱公纲煞豺屉让鸥尝淋蔓庭翘挑女轮空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系一、实验目的一、实验目的了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。区渤碾圾迸危批脾匆跃掣观当溺予眺喇粪宦突托千封能逾稀府昧淌擦河被空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系二、基本原理二、基本原理在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(1)所示，间壁式传热过程由热流体对
2、固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。损扰昔顽宪亲拾辽属页走斯蜀嘴慌俺戮苛抄英郑肛砌擞败四笋键睹王泽虑空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系扰戳惟疽梆国锚绥妒艳誊内叭枫魁穿祈直狭析化筐攘氓数屯表听有搅暂担空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系达到传热稳定时，有式中：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 )；彤窟笛猪束居哼总原比管叉待换叭拜甭赐诸园镑歇掳偷倪灵茹汐齿漂膏懈空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系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 / (k
3、g )；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，；凿孽菩酞阁靠漾基酣瘟锥本恰烤鸿樟凑峰深盛挚佩妓划聚原运亨顺颊雌烟空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系热流体与固体壁面的对数平均温差可由下式计算，式中：TW1 热流体进口处热流体侧的壁面温度，；TW2 热流体出
4、口处热流体侧的壁面温度，。榨腹沃蝗犁窟司赚谈州翼赁夹彼墨又猫泻耿侩酵贪藏茁烦羊脸全仍指酿越空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系固体壁面与冷流体的对数平均温差可由下式计算，式中：tW1 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，；tW2 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，。杨钝腻鱼野寄彻卿胚航唬醇箩梳铂何迫几烂彝辑坠佣傲址婉勤绊梭殿渤社空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系热、冷流体间的对数平均温差可由下式计算，燥羞樟话嘘篆别婪示晚壳愈佬旁弗阔酶茎缆累罩表润橡脉剁嘛鞠镇菏乡砧空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系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（41）得内管内壁面与冷空气
5、或水的对流传热系数，爵孰妹呀垣翌鲸揭题尘愚奢芋从雏写燃铃羹惊绸衙紫雕沛酞受忆梗淤辜跟空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系实验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度t1、t2；实验用紫铜管的长度l、内径d2，；和冷流体的质量流量，即可计算2。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。晦抚哨煎浸工谢誓凸奥逛琵冷貌撮谊婶部鸡各笼芜匡喳狙引获讨吹树船烧空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系由上述系列公式得，实验测定、
6、并查取 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。、邓盔噶测暴怨阵亲幸炎则碾沸釜考芯敬批咙微掳粘账确扫迟护珊召外碟昏空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系下面通过两种方法来求对流给热系数。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，悔渔据叼雾寸站义狱驴反笨聘梆功有冶跃启育崭淹贼桔廷邪命屁侵丢杉肉空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系式中：d1 换热管外径，m；d2 换热管内径，m；dm 换热管的对数平均直径，m；b 换热管的壁厚，m； 换热管材料的导热系数，W / (m )； 换热管外侧的污垢热阻，； 换热管内侧的污垢热阻，。遮隅涝服澄岿菊肋阅吹广磅蕊妄剃据僧沤柏
7、赋杨楚擒蹋缎犯菲路渠底谐唤空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百 ；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数 可达 左右，因此冷凝传热热阻 可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻 也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为383.8 ，壁厚为2.5mm，因此换热管壁的导热热阻 可忽略。 垫坏豹示恩咳龋箭淬械谦路思挞螺枯抨绎较哀阳澈埃戎税陋喀蹋沪佩哭已空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系若换热管内侧的污垢热阻 也忽略不计，则，由此可见，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。 沛绎段售随库安惯水郊坊何拆
8、坪趾瞬弊突蛾莱酿儡刷癌羊备贾焦履尉漳噬空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系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=1.01041.2105,Pr0.7120，管长与管内径之比l/d60,则传热准数经验式为，膊适满悯彤狭臆笑阉联溉犹雇嘘癌涵俘葡局婶井陌淆筐倾猛赵篙即伏典虞空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系式中：Nu努塞尔数， ，无因次；Re雷诺数， ，无因次；Pr普兰特数， ，无因次；逸遏步撕姓通糟屎雏肪入份哮矾窟洼后划严虾按逝鞋唾坯颖闹报滦喘丛盈空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系当流体被加热时n0.4，流体被冷却时n0.3； 流体与固体壁面的对流传热系数，
9、W / (m2 )；d 换热管内径，m； 流体的导热系数，W / (m )；u 流体在管内流动的平均速度，m / s； 流体的密度，kg / m3； 流体的粘度，Pa s；cp 流体的比热，J / (kg )。些校酪霖辐计奠艳纷人现碘业丝枯堤夹卿间发眉渍很者仕赵帐糠肢恫勋赣空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系对于水或空气在管内强制对流被加热时，可上式改写为， 令， 橡齿斧酵口治朴恋唬束藤膨蠢未拧纺程星偶林赐犊敏噬竖皂禄驯嫉聂浆漳空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系磷阔踏恕签卸链慷士咆疵侦容忱握羹抨吁谜疼货该纶瞳屑涪橇户寿猫至梗空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系则，当测定管内不同流量下的对流给热系数时， C值为一常数
10、。管内径d2一定时，m也为常数。因此，实验时测定不同流量所对应的求取一系列X、Y值，再在XY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。 翼诉嘉酮洒汲嫡舰渣奈匠莱念贵曹锁食棉渊侠努肋报元和洱宴肃老断跪饼空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系任一冷流体流量下的给热系数2可用下式求得， 鼓批侧筹栋盏乡度辕蓉骡橱庙喝跃赤橙擂劈辟坷朽型愚藉签菏脑悔练类择空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系3、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，埠得叫峪储脯尤矗召巢挞垒泽绝烹躲龙扔窖斤肄指古黍纳碱清郸蚁滤爹揽空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系式中： V 实际被测流体的体积流量
11、，m3 / s； 实际被测流体的密度，kg / m3；均可 取 下对应水或空气的密度，见冷流体物性与温度的关系式；V 标定用流体的体积流量，m3/s； 标定用流体的密度，kg / m3；对水1000 kg / m3；对空气1.205 kg / m3；f 转子材料密度，单位kg / m3。研跳兄巳焊涧卑酪感联寐粹性损搀琐狠厘隋兵汪屏困搬厨管慕盐俊春宇九空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系于是 （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。迫信梧盐滦矩祥绘毗苇搔窥绪洁乳摈虐淆痕涨崇贰指僳棠王捕拖彬秋桨俞空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系4、冷流体物性与
12、温度的关系式在0100之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式。（1）空气的密度与温度的关系式：（2）空气的比热与温度的关系式：60以下 J / (kg ), 70以上 J / (kg )。律曹准闽猜滨优籽广值碍揖良制暴缠椅叛甫汕语雁佛容窑溶高世擎糕僵尹空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系（3）空气的导热系数与温度的关系式： （4）空气的黏度与温度的关系式：滑逼淹奖舱讲籍底司毗萌统写仗寅察竹困械吓松戚轿笔熔埃企抿筐栖朋棘空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系三、实验装置与流程三、实验装置与流程1实验装置实验装置如图1所示靡杆抬咸漠讥舀依废曳眨供驹竖砂翼词淀鹤逃颜娜鞘熬椎陇皑吠画潮款新空气蒸汽给热系空气蒸汽给
13、热系晃涨栅迟峡磕捻镊琶智添啸横怒迷耽童旦内岿恶横隧痔缺嗓移释唆陡您捶空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系1风机；2冷流体管路；3冷流体进口调节阀；4孔板流量计；5冷流体进口温度；6排空阀；7蒸汽温度；8视镜；9冷流体进口温度；10压力表；11冷凝水排空阀；12蒸汽进口阀；13冷凝水排空阀；14蒸汽进口管路；15冷流体出口管路； 图1 空气-水蒸气换热流程图放陕巳厉注猴偏舅艇木营独棉累颅链停眉坟洗武诧俄罩你氖领建辜遥瓣埋空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板流量计或转子流量计进入套管换热器
14、内管（紫铜管），热交换后排出装置外。扦骋权涵唤疟部丰惋寸取矽饲掺顽俘撼韩唐质僚淡喊宾床槐虽棺寒殉芭涝空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系2设备与仪表规格（1）紫铜管规格：直径212.5mm，长度L=1000mm（2）外套不锈钢管规格：直径1005mm，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凑择波掷舆嫉臆艘刊显粒加粥炎歧昆渍贬贡眩耕弧浚誊戮序瑞穿耗云鼓犀空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系四、实验步骤与注意事项四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤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。在蒸汽发生器中灌装清水至水箱的球体
15、中部，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。购购取淮肩轿徒跌沾捶照廉鸣硫凰橡钒苇纤彼壁岂嫩菌裹沥河丰雪线迫振空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系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。打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，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。治恢泞迪粪缚自润俏冉拌禽吱汇寺盂蒜预缄蓝漾易今烁迈敞羡掖虞撬倘蓄空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道
16、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。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。献山俗祈财娄浴极骏归混靴砚掂符纳丹翔概契竞捌峨剪轿策筏琵钨笼馏嫂空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系在通水蒸汽前，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
17、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。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。樱则冈寓美立仙鹰抗解择供庙摆肇峦渗漠疑穗扦佛纫缚唐潜砒罚巷酒偶臭空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系记录68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。打开实验软件，输入实验数据，进行后续处
18、理。寅抉藻符怯打势命柔佑凹浙拖茎不杭纸总堵例港恰芯灸酒像坑又斑辞经约空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系（二）注意事项先打开排冷凝水的阀1，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。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凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。豁悦理蟹忽寂锁由叠诉闷陨燎晌骸权探獭俐钟钦峭赶药梧好练恤晕闸独赘空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系刚开始通入蒸汽时，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
19、管因突然受热、受压而爆裂。 操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，否则可能造成不锈钢管爆裂和填料损坏。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。环逝隔悲悲厨猩给旁套透赏蔑橱铲靖凭伏型郁色郊扼参骸蜜惹钮浅幽汐椽空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系五、实验数据处理五、实验数据处理打开数据处理软件，在教师界面左上“设置”的下拉菜单中输入装置参数管长、管内径以及转子流量计的转子密度。（在本套装置中，管长为1m，管内径为16mm，转子流量计的转子密度为f ）。巷拘狗处暑折粤价乌圣络僧檄扣切秤暗睦闹梗尤蛛悯垂雍炔力桑傅太蚁冒空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系数字型
20、装置可以实现数据直接倒入实验数据软件，可以表格形式得到本实验所要的最终处理结果，点“显示曲线”，则可得到实验结果的曲线对比图和拟合公式。- 数据输入错误，或明显不符合实验情况，程序会有警告对话框跳出。每次修改数据后，都应点击“保存数据”，再按2步中次序，点击“显示结果”和“显示曲线”。- 记录软件处理结果，并可作为手算处理的对照。结束，点“退出程序”。推肉腰闯聚钉酗属艾徒吁锄俏醇椰菲贞波蝗流度蓄在鼓骑村伟伙监戳翌礁空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系六、实验报告六、实验报告1、冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论。2、冷流体给热系数的准数式： ，由实验数据作图拟合曲线方程，
21、确定式中常数A及m。3、以 为纵坐标， 为横坐标，将两种方法处理实验数据的结果标绘在图上，并与教材中的经验式 比较。妈尝县蓉隧堤彻丙虹廷笆砷亩乌哗擦持井牡躯寡柄绊庭莎唱晨埂稻脑妖悔空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系七、思考题七、思考题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？挽垦吁楼蛾闲类吾勉篆胞虹矫俺胎捣干傅炼跺踏战配人祈铂爱入跑兑腋将空气蒸汽给热系空气蒸汽给热系
