1、實驗四：傳熱（空氣蒸汽）實驗一、實驗目的 1了解間壁式換熱器的結構與操作原理；2學習測定套管換熱器總傳熱系數的方法；3學習測定空氣側的對流傳熱系數； 4了解空氣流速的變化對總傳熱系數的影響。二、實驗原理對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數，當流體無相變時對流傳熱準數關聯式的一般形式為：(4-1)對于強制湍流而言，Gr準數可以忽略，故（4-2）本實驗中，可用圖解法和最小二乘法計算上述準數關聯式中的指數m、n和系數A。用圖解法對多變量方程進行關聯時，要對不同變量Re和Pr分別回歸。本實驗可簡化上式，即取n=0.4（流體被加熱）。這樣，上式即變為單變量方程再兩邊取對數，即得到直線方程： &#

2、160;             （4-3） 在雙對數坐標中作圖，找出直線斜率，即為方程的指數m。在直線上任取一點的函數值代入方程中，則可得到系數A，即：（4-4）用圖解法，根據實驗點確定直線位置有一定的人為性。而用最小二乘法回歸，可以得到最佳關聯結果。應用微機，對多變量方程進行一次回歸，就能同時得到A、m、n。對于方程的關聯，首先要有Nu、Re、Pr的數據組。其準數定義式分別為： 實驗中改變冷卻水的流量以改變Re準數的值。根據定性溫度（冷空氣進、出口溫度的算術平均值）計算對

3、應的Pr準數值。同時，由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數值。進而算得Nu準數值。牛頓冷卻定律： （4-5）  式中：   傳熱膜系數，W/m2·；      傳熱量，；      總傳熱面積，m2；      tm管壁溫度與管內流體溫度的對數平均溫差，。傳熱量Q可由下式求得：      （4-6） &

4、#160;    W質量流量，kg/h；      Cp流體定壓比熱，J/kg·；      t1、t2流體進、出口溫度，；      定性溫度下流體密度，kg/m3；      V流體體積流量，m3/s。三、實驗設備四、實驗步驟1.啟動風機：點擊電源開關的綠色按鈕，啟動風機，風機為換熱器的管程提供空氣2.打開空氣流量

5、調節閥：啟動風機后，調節進空氣流量調節閥至微開，這時換熱器的管程中就有空氣流動了。3.打開蒸汽發生器的開關：在蒸汽發生器的右側。鼠標左鍵單擊開關，這時蒸汽發生器就通電開始加熱，并向換熱器的殼程中供汽4.打開放氣閥：排出殘余的不凝氣體，使在換熱器殼程中的蒸汽流動通暢。5.數據讀取：（1）流量計讀數：在圖中點擊孔板流量計的壓差計出現讀數畫面。讀取壓差計讀數。經過換算可得空氣的流量。（2）讀取溫度：在換熱管或者測溫儀上點擊會出現溫度讀數畫面。（3）讀取各處溫度數值。其中溫度節點1-9的溫度為觀察溫度分布用，在數據處理中用不到。蒸汽進出口及空氣進出口的溫度需要記錄。按自動記錄可由計算機自動記錄實驗數據

6、。按退出按鈕關閉溫度讀取畫面。6.改變空氣流量調節閥開度，重復以上步驟，讀取810組數據。7.實驗結束后，先停蒸汽發生器，再停空氣。五、實驗數據與處理六、注意事項（1）學校的設備大都是需要用電為差計測量電流然后計算溫度的，此套設備比較先進，采用了數字顯示儀表直接顯示溫度。（2）關于排放不凝氣：如果不打開放氣閥，理論上套管內的壓力應該不斷增大，最后爆炸，實際上由于套管的密封程度不是很好，會漏氣，所以壓力不會升高很多，基本可以忽略。另外不凝氣的影響在實際是實驗中并不是很大，在仿真實驗中為了說明做了夸大。（3）蒸汽發生器：關于蒸汽發生器的控制和安全問題做了簡化。（4）傳熱實驗有兩個流程，另一個管內的

7、介質為水，原理一樣，只是流程稍有不同。七、思考題1.觀察并比較三根傳熱管的傳熱速率，說明原因 答：保溫管的傳熱速率為76.116W，裸管的傳熱速率為91.277W，汽-水套管的傳熱速率為2121.2W，因此傳熱速率：保溫管<裸管<汽水套管。保溫管的傳熱速率慢，是因為其壁較厚，而且材料的導熱系數小；裸管其次，是因為自然對流的條件下給熱系數很小；而汽水套管的傳熱最快，是因其為強制對流，給熱系數較大。 2.測定傳熱系數K時，按現實驗流程，用管內冷凝液測定傳熱速率與用管外冷卻水測定傳熱速率哪種方法更準確？為什么？如果改變流程，使蒸汽走環隙，冷卻水走管內，用哪種方法更準確？為什么？ 答：使用

8、管內冷凝液進行熱量衡算更準確，因為它只與套管進行熱量交換，而管外冷卻水還與管外空氣進行對流換熱，得到的總傳熱系數偏大。如果改變流程，冷卻水走管內，則使用管內冷卻水進行熱量衡算更準確。 3. 汽包上裝有不凝氣排放口和冷凝液排放口，注意兩口的安裝位置特點并分析其作用。答：不凝氣排放口安裝在汽包上方，而冷凝液排放口在汽包下方。不凝氣排放口是為了排出水蒸氣中的不凝氣，防止其積累或者進入換熱管中，影響熱量衡算的準確性。冷凝液排放口也有相似作用，但位置不同。 4.若將汽-水套管的冷卻水出口、入口調換，則調換前后𝑡𝑚值是否相同？ 答：不同。原實驗裝置是逆流，平均溫差大，而調換