強制對流傳熱系數的測定

化工原理實驗一、試驗目的及任務

2、通過實驗掌握確定傳熱膜系數準數關聯式中的系數A和指數m、n的方法。1、掌握傳熱膜系數及傳熱系數K的測定方法。3、掌握測溫熱電偶的使用方法。

4、通過實驗提高對關聯式的理解，并分析影響的因素，了解工程上強化傳熱的措施。二、基本原理

1、對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數，當流體無相變化時對流傳熱準數關聯式的一般形式為：

◆對強制湍流，準數可以忽略。

則

2、本試驗中，可用圖解法和最小二乘法計算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，可取n=0.4，這樣就簡化成單變量方程。兩邊取對數，得到直線方程：◆在雙對數座標系中作圖，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得到系數A，即：

3、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。

◆應用小型電子計算機，對多變量方程進行一次回歸，就能同時得到A、m、n。◆可以看出對方程的關聯，首先要有、、的數據組。

◆試驗中改變空氣的流量以改變準數之值。根據定性溫度計算對應的準數值。同時由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數值。

◆由上進而算得準數值。

★牛頓冷卻定律：式中：——傳熱膜系數

——傳熱量

A——總傳熱面積(圓管內表面積)——管內壁面溫度和管內流體溫度的對數平均溫差。

☆

傳熱量可由下式求得:式中：W—質量流量

—流體定壓比熱，—流體進出口溫度

◆

以空氣為介質的實驗及其傳熱量Q計算中的質量流量W為:

其中：

式中：V—空氣轉子流量計在操作狀態下示值

—標準狀態下氣體流量、—標準狀態下溫度273和壓力760公式來源、—轉子流量計標定狀態下溫度293和壓力760

、—轉子流量計使用狀態下溫度和壓力

◆

空氣轉子流量計狀態壓力由流量計前U型管表壓計測出。◆由進口溫度計測出。三、裝置和流程

◆本試驗裝置共四套，內管均為黃銅管，管內徑為20[mm]有效長度均為1.975[m]。

◆管壁溫度由四對鎧裝熱電偶并聯連接測得，即為管壁平均溫度。

熱電偶毫伏—溫度關系公式表示：

1.設備及測量儀表：見圖第一套

第二套

第三套

第四套

式中：為壁溫（℃），為輸出熱電勢（mV）。

2、實驗流程：

流程符號設備1.壓差計2.流量調節閥3.轉子流量計4.備用閥5.玻璃溫度計6.黃銅管7.外套管8.放氣咀9.壓力表10.蒸汽流量調節閥11.鎧裝熱電偶12.放氣咀13.泄水閥14.玻璃溫度計15.排氣閥16.冰瓶17.轉換開關18.UJ—63電位差計19.排氣閥20.疏水器21.羅茲鼓風機符號說明★

冷空氣由風機21經傳子流量計3計量后，流入內管并與套管環隙中之蒸汽換熱。空氣的流量靠控制閥2調節，空氣的進出口溫度由玻璃溫度計5，14測量。

★加熱蒸汽由總蒸汽管道經過自動調節系統穩壓后，再經閥門10進入套管環隙，與內管中冷空氣換熱。流程

★套管換熱器所需蒸汽壓強由蒸汽閥門10控制，由彈簧管壓強計9測量。蒸汽溫度則用鎧裝熱電偶11測定。

★加熱蒸汽放熱冷凝，由疏水器20排出。為了排除套管環隙中積存的不凝性氣體（如空氣）。熱交換器一端裝有放氣咀8。

★熱交換器入口有一定長度的穩定段，以消除端效應。

★為了測定內管管壁的溫度，在內管壁上等距焊有四對熱電偶，熱電偶熱端用銅焊在內管（黃銅管）上預先銑好的凹槽中。熱電偶材料為鎳鉻——鎳鋁。

★

熱電偶由法蘭中間引出后，經冷端至轉換開關，17和UJ—36電位差計18。熱電偶冷端置于冰瓶16中。

★外套管由五段法蘭聯接的鋼管制成，這是為了便于安裝鎧裝熱電偶。管外包有聚氨酯泡沫塑料保溫。四、操作要點

㈠.在實驗開始前，必須掌握UJ—63電位差計的使用方法。

㈡.

實驗開始時，先通空氣。再通加熱蒸汽。并打開放氣咀8，待空氣排凈后再關小，但在整個實驗過程中，它始終微開（以冒少量蒸汽為宜），以便不凝性氣體能連續排除。

㈢．測取數據方法為：

▲首先將空氣流量控制在某一值（可從低流速開始），再把加熱蒸汽壓強維持在某一定值（0.5~1kg/cm，用閥10來調節）。

▲

待蒸汽壓強，空氣流量以及進、出口溫度都穩定后，記錄數據。維持蒸汽壓強不變，改變空氣的流量（8~10次）。重復實驗。同時記錄數據。

注意：

◆調節空氣流量時，保證管內流速呈湍流狀態；取點時，使其在雙對數坐標系上描點均勻。。

◆

特別注意每改變一流量，要使操作穩定后再讀取數據。特別是小流量時尤是如此。

◆空氣調節閥要緩緩開啟，以免轉子上升過快，撞碎玻璃管。

㈣結束后，先關蒸汽閥門，再停空氣。清理。

五、報告要求⑵整理出流體在圓管內作強制湍流流動時的傳熱膜系數半經驗關聯式。⑴在雙對數坐標系繪出對Re的關系曲線。

⑶將實驗得到的半經驗準數關聯式和公認式進行比較。并分析造成偏差的原因。⑷計算不同流速下的總傳熱系數K值。六、討論題⒈本實驗中管壁溫度應接近加熱蒸汽溫度還是空氣溫度？為什么？

⒉以空氣為被加熱介質的實驗中，當流量增大時，管壁溫度將發生什么變化？為什么？

3.管內空氣流動速度對傳熱膜系數有何影響？當空氣流量增大時，空氣離開熱交換器時的溫度將升高還是降低？為什么？⒌測取數據前，為什么要排不凝性氣體？如果輸水器操作不良，會導致什么后果？

⒍試估算被加熱介質空氣一邊的熱阻所占總傳熱熱阻的百分比。

4.如果采用不同壓強的蒸汽進行實驗，對式的關聯有沒有影響？

7.

以空氣為介質的傳熱實驗中雷諾準數Re最好應如何計算.?七、附錄（轉子流量計狀態校正公式）★

轉子流量計流量公式如下：

式中：V—流量計刻度值；

—轉子流量計的孔流系數；

—環隙截面積；

★列出流量計標定時和使用時的流量:

及

—轉子體積；

—轉子材料密度；

—流體密度；

—轉子最大部分截面積

。★對低壓氣體服從理想氣體狀態程，代入得:因為轉子浮升高度相同，，，相同可約去孔流系數，也可認為不變