1、空氣一蒸汽對流給熱系數測定一、實驗目的1 .通過對空氣一水蒸氣張滑套管換熱器的實聆研究，掌樨對流傳熱系數a由測定方法, 加深對其祗念和影閑因素的理解。并應用線性回H分所方法，磁定關聯式也小面戶尸中常 數46的值。2 .通過對管程內部插有領紋管的空氣一水蒸氣輕化套管換熱器的實舞研究，測定其選 數關聯式也/=8面中常數8、6的值和強化比/I4MI必，了解僵化傳熱的基本理論和基本方式。 二、實驗裝置本實盼設備由兩組黃銅管（其中一組為光滑管，另一組為波紋管）組成半斤的兩組套 管換熱器，內管為紫銅H質，外管為不銹M管，兩端用不銃綱法蘭固定。空氣由旋渦氣泵收 出，由旁相調節附調節，經孔板潦量計，由支路控制

2、冏威擇不同的支珞進入換熱器。管程蒸 汽由加熱釜發生后自然上升，經支招控制冏選擇逆潦進人換熱器殼程，具冷源放出熱量通過 黃銅管壁被傳遞到管內流動的空氣，達到逆潦換熱的效果。亮和蒸汽由配套的電加熱蒸汽發 生器產生。該實助流程圖如圖1所示，其主要參數見表1。表1尖殿裝置結構參數實盼內管內徑（mm）16.00實盼內管外徑&（mm）17.92實照外管內徑（mm）50實盼外管外徑乙（mm）52.5總管長（紫銅內管）/（m）1.30測量段長度/（m）1.10總結資料121-光滑套管換熱器；2|紋管的曹化套管換熱器；3-藜河發生器；4一旋漏氣泵;5-旁,調節附；6一孔板流總計；7、8、9-空氣支,控制

3、附；10、11 一蒸汽支路控制圈;12、13-蒸汽放空口； 15-放水口； 14 一液位井；16一加水口;三、實驗內容1、光滑管必定68個不同流速下光翁管換熱器的對流傳熱系數。對m的實盼數據進行線性回歸，求關聯式/!/乂朋中常數46的值。2、波紋管國定68個不同流速下波紋管換熱器的對流傳熱系數喇m的實盼數據進行線性UH,求關聯式"=8/?夕中常數8、6的值。u>、實盼原理1 .準數關聯題響對流傳熱的回索很多，根裾因次分析殍到的對流傳熱的準數關聯為：NuReTrGr1(1 )式中C、m、n、I為待定參數。參加傳熱的流體、流態及溫度等不同，恃定參數不同。目前，只能通過實盼來確定特定

4、 范圍的參數。本實盼是測定空氣在圓管內作輕制對流時的對流傳熱系數。因此，可以忽略自 然對流對傳熱膜系數的影響，則Gr力常數。在溫度變化不太大的情況下，Pr可視為常數。所 以，準數關取式(1 )可寫成Nu = CRem( 2 )其中:r° =細=22Nu = , 50時，空氣的導熱系數 = 0.02826W/(m.K)2R尸所因此：a=cA d待定參數Cfflm可通過實盼測定蒸汽、空氣的有關數據后，對式(2)取對數，回H求得 直線斜率和截距。2 .傳熱量計算臀塞爾致Nu或on無法直接用實驗測定，只能測定相關的參數并通過計算求得。當通過 套管環隙的兔和蒸汽與冷混壁面接觸后，蒸汽將放出冷灌

5、潛熱，i令囂成水，熱量通過間壁傳 遞給套管內的空氣，便空氣的溫度升高，空氣從管的末端排出管外，傳遞的熱量由(3)式 itSoQ = WeCpc ( tz - ti ) = V P iCpc ( tz - ti )( 3 )根據熱傳遞速率Q = KSAtm(4)所以KSAtm=VpiC« (ta-ti)(5)式中：Q一換熱器的熱負荷(電傳熱邃率)，kJ/s；We冷流體的質量流量，kg/s；V冷流體(空氣)的體根流量，m3/s；pl冷流體(空氣)的密度，kg/m3；K一換熱器總傳熱系數，W/ ( m2 t )；Cpc-冷流-(空氣)的平均比定壓熱容,kJ/ ( kg K )；S一傳熱而枳

6、，m2； tm一蒸汽與空氣的對數平均溫度差，空氣的說量及兩件流體的溫度等可以通過各種測量儀表酒得。券臺上而各式即可算出傳 熱總系數K。3 .傳熱膜系數的計算當傳熱而為平壁或者當管壁很薄時，總的傳熱阻力和傳熱介阻力的關系可表示為：11b 1(6)-11K 4 4 %式中：g空氣在同管中強制對流的傳熱腹系數，W/ (m2-)；a?一蒸汽冷凝時的傳熱底系數，W/ (m2-X)o當管壁熱陽可以忽略(內管為黃銅管而且壁厚b較薄，黃制導熱系數人比較大)時,1111(7)14K a a2 %蒸汽冷源傳熱膜系數遠遠大于空氣傳熱服系數，«K«a1o因此，只要在實驗中瀏得冷、 熱流體的溫度及空

7、氣的體根流量，班可通過熱笛算求出套管換熱器的總傳熱系數Kffi,由此 求得空氣傳熱膜系數值。4 .努塞爾數和雷諾數的計算心=蛔=山='(8)44ad Kd VpR(hQdNu = (9)義 A 4SM式中：A空氣導熱系數，W/ (m- t )；口一空氣的拈度，Pa-s；d一套管換熱器的內管平均直徑，m；Pi一進口溫度i時的空氣密度,kg/m30由于熱阻主要集中在空氣一同，本實盼的傳熱面積S取管子的內表面較為合理，即5 = irdl本裝置d=0. 0178 m, 1=1. 327mo5.空氣說量和密度的計算空氣密度Pl可按理想氣體計算:8=129Pp y 273101330 X273 +

8、 r(10)式中：5 當地大氣壓，Pa ；t孔板流量計前空氣溫度，弋，可取t=h;空氣的流量由1/4%嘴流量計測量，合并常數后，空氣的體枳流量可由(11 )式計算11 1)式中:Co合并整理的流量系數，其值為Co=O. 001233；RR嘴流量計的壓差計示值,mmH20oVi一空氣的11枳流量，m3/s0五、實驗操作12 實驗前的準備(1)向電加熱釜加水至液位計上端紅線處。(2)檢查空氣流星旁路調節冏是否全開。(3)檢查普通管支珞各控制冏是否已打開，保訐蒸汽和空氣管路的通。(4)接通電源總忖，設定加熱電壓，后動電熱捐爐開關，開始力II熱。13 實盼開始(1)當蒸汽壓力穩定后，啟動旋洶氣泵并運行

9、一段時間，保證實盼開始時空氣人口溫1用熱系效K的計算gr,（七）律定。（2）調節空氣流量旁路陽的開度或主附開度，便孔板流量計的壓差計讀數為所需的空 氣流量值。（3）穩定5-8分仲左右讀取壓差計讀數，讀取空氣人口、出口的溫度值。、6（溫度測量可采用熱電偶或溫度計）、空氣壓力值6、空氣人、出口之間壓力差比、蒸汽溫度值b 及壓力值。3,孔板流量計讀數”。（4）調節空氣流量，垂復（3）與（4）共測6-10組數據（注意：在空氣人、出口之 間壓力差P2最大值與最小值之間可分為6-10段）。（5）實盼過程，要盡可能保證蒸汽溫度或壓力穩定，在蒸汽用爐加熱過程（蒸汽溫度 或壓力變化較大）不要記錄數據。14 實盼

10、結束（1 ）關閉加熱器開關。（2）過5分鐘后關閉被貝機，并招旁洛陽全開。（3）切斷總電源。大、實能注意事項1、檢查蒸汽加熱釜中的水便是否在正常范圍內。特別是每個實盼結束后，退行下一實 盼之前，如果發現水位過低，應及時補給水量。2、通旗保證蒸汽上升管線的崎通。在轉換支招時，應先開啟需要的支路附，再關閉另 -IP,且開房和關閉控制陽必須緩慢，防止管線截斷或蒸汽壓力過大突然噴出。3、必須保證空氣管線的暢通。即在撥通風機電源之前，三個空氣支路控制網之一和旁 路調節陽（見圖1所示）必須全開。在轉換支路時，應先關閉貝機電源，然后開啟相關閉控 制附。4、調節流量后，應至少穩定510分算后讀取實盼數據。5、套

11、管換熱器中枳累的熱水要及時放種，以免的啾蒸汽傳熱。七、實驗紀錄及數據處理印號1234567空氣進口處密度p Kg/m31.2091.2081.2061.2041.2021.1971.192空氣質量流量m2 Kg/s0.00190.00240.0030.00350.00410.00460.005空氣流速u m/s7.9810.0912.3714.561719.2121.01空氣定性溫度t平均C41.742.0542.442.7543.444.2545.25定11溫度下的空氣密度p' Kg/m31.2131.121.1191.1181.1151.1121.108冷、熱液體間的對數平均溫差t

12、mC58.557.9157.6357.4256.7455.8546.08總給熱系數Kw/M 七29.8437.4247.154.7964.8173.3895.362.加理坨值的計算F?號1234567對流給熱系數a2w/MC29.8437.4247.154.7964.8173.3895.36空氣黏度 u (x10A-5Pa-s)1.9221.9241.9251.9251.931.9341.939空氣導熱系融入W/m-K0.02730.02770.02780.02780.02780.02750.028雷諾數Re8058.0569397.75511505.06413529.83315713.991

13、7672.40519209.413普蘭特效Pr0.70760.69810.70.70.6970.70690.6966努賽爾茲Nu17.4921.6123.7231.5337.342.6954.49o(2 理論值 a 2' W/H C45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.96努賽樂覆理坨值Nu'26.6930.0435.3640.2545.2950.0453.163%理坨值與實殿值比較儕號12345670(2理論值45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.960(2實聆值29.8437.4247.154.7964.8173.38

14、95.36相對誤差0.34480.28050.23340.21650.17720.1468-0.0258誤差分析：1.迪圖斯-貝爾特公式有條件范圍，而實聆數描并非全在其適用范圍內，用此公式算出的NiT和。2誤差就可能較大。2.實聆時，等待時間不足，導致數據未穩定時就記錄了。容號1234567ln(Nu/Pr04)33.223.313.593.763.894.12In(Re)8.999.159.359.519.669.789.86冷流體給熱系數的準數式：Nu/P產=APFln(Nu/Pr°4)=lnA+m In(Re)lnA=-7.9273, A=0.0256m=1.2124另附上原始

15、實能數據:序號冷空氣熱蒸汽流量(m3/h)進口溫度()進口溫度()進口溫度()進口溫度()15.2719.2064.20103.10103.0027.3019.5064.60102.90102.8038.9519.8065.00103.00102.90410.6020.3065.20103.10103.00512.3021.0065.80103.10103.00613.9022.0066.50103.10102.90715.2023.3067.20102.90102.904、對實盼結果進行分析與時論。從圖像中線性回H方程的相關系數來看，實盼數據結果不是很準確，特別是線紋管。產生誤 差的來源fR

16、多,讀數不穩定、換熱器保溫效果差、換熱器使用久了，行垢較厚，熱流量值 下降等那便結果有一定的幅差。而且在處理數據時，采用很多近似處理，而實除實盼時很多 的條件并不穩定。在實盼過程中采用改變空氣流量來調節，但是在政變空氣流量的同時，其 他的數據也會改變，比如說空氣出口溫度，而且在改變的過程中，要經過一段時間空氣出口 溫度才會穩定，而我KJ測定的溫度一定要是這個穩定的溫度，所以在測定中沒有經過足夠長 的時間導致測定的淑度不是穩定的湍度，所以實驟時要注意等待五到十分加恃數據比較穩定 時，這樣實驟結果就比較港硼*人、思考題（1 ）勒響傳熱膜系數的因素有哪些？番：底的厚度，液體的物性，以及壓力溫度。還有

17、材料的分子結構及其化學成物、H科重度、 材料滑度狀況和溫度狀況。（2）在蒸氣泠釐時，若存在不灌性氣體，你認為將會有什么髓響？應垓采取什么措施？笞：對換熱系數影響（R大，一般想辦法除去，比如溟化理吸收式制i令機均韜年真空泵，其作用就是及時排除系統內的不凝性氣體。1 ）會由于空氣中含有水分適應冰堵。冰堵不單便制 冷效率下降。而且會導致系統停機。壓力不斷擇低，還會損壞壓縮機。2）空氣溫入壓縮腔, 由于空氣中含有不灌性氣體，如氮氣。這些不陰性氣體會凝少制i令劑的俏環量，使制冷量降 低。3）并且不陰性氣體會滯留在冷凝器的上部管路內，致使實際冷陰而枳減小，泠源負荷 增大，冷溫壓力升高，從而制冷量會降低。（3）蒸氣冷凝后，將產生冷溫水，如冷凝水不能放出，累枳后淹埋加熱銅管，你認為將會有什么勒響？應該采取什么指他？笞：1 ）會由于空氣中含有水分造成冰堵。冰塔不單便制冷效率下擇。而且會導致系統停機。壓力不斷降低，還會損壞壓縮機。2）空氣混入壓縮腔，由于空氣中含有不凝性氣體，如