实验1综合传热系数的测定实验
一、实验目的
1．了解间壁式传热元件的结构。
2．了解观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型。
3．通过对内管是光滑管的空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握空气在圆形光滑直管中强制对流传热系数的测定的实验方法，加深对其概念和影响因素的理解。确定关
m0.4
联式Nu=ArePr中常数A、m的值。
4．掌握传热系数测定的实验数据处理方法。 5．掌握孔板流量计的使用。
6．掌握DC-3A微音气泵的使用。
二、实验内容及基本原理
（一）实验内容
1．观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型。 2．测定不同流速下简单套管换热器的对流传热系数α。 3．对实验数据通过Excel进行处理，求关联式Nu=A·RemPr0.4中常数A、m的值；并绘制曲线。
4．实验原始记录 光滑管记录：
管型：光滑，室温： ℃，大气压强： kPa，光滑管直径：17.8mm，光滑管长：1.224m 进口温度 出口温度 蒸汽温度 管壁温度 计前表压 流量计示值 序号 备注 t进（℃） t出（℃） T（℃） t壁（℃） Rp（kPa） R（Pa） 1 2 3 4 5 6 螺纹管记录： 管型：螺纹，室温： ℃，大气压强： kPa，螺纹管直径：17.8mm，螺纹管长：1.224m 进口温度 出口温度 蒸汽温度 管壁温度 计前表压 流量计示值 序号 备注 t进（℃） t出（℃） T（℃） t壁（℃） Rp（kPa） R（Pa） 1 2 3 4 5 6 5．实验数据处理与分析
数据处理
光滑管：实验结果列表和作图：
管型：光滑，室温： ℃，大气压强： kPa，光滑管直径：17.8mm，光滑管长：1.224m cp A t定 Δtm ρ Vs·ρ μ λ 序号 Nu测 Re J/kg·w/m·m2 kg/m3 kg/s Pa·s ℃ ℃ KK 1 2 1
3 4 5 6 螺纹管：实验结果列表和作图： 管型：螺纹，室温： ℃，大气压强： kPa，螺纹管直径：17.8mm，螺纹管长：1.224m t定 cp A Δtm ρ Vs·ρ μ λ 序号 Re Nu测 J/kg·w/m·m2 kg/m3 kg/s Pa·s ℃ ℃ KK 1 2 3 4 5 6 （二）实验原理
1．准数方程
空气在圆形直管中作湍流流动的给热准数方程：
l （1-1） Nu?f1(Re，Pr，Gr，）d式中
l—为管长，m； d—为管径，m；
强制对流时，Gr可忽略；对气体而言，原子数相同（如单原子、双原子…）的气体Pr为一常数，当l?50其影响亦可忽略，故上式可写为：
dNu?f(Re) （1-2） 一般可写成
Nu?ARem （1-3）
其中A为常数，Nu?du??d，
。 Re???2．准数方程中各参数的测定和计算
（1）α值的计算：空气传热膜系数α可以通过测定总传热系数（K）进行测取。K与α有下列关系：
11?1 （1-4） ???K??s?2因管壁很薄，可将圆壁看成平壁。
这里因是空气，故不计污垢热阻，上式中?为黄铜管壁热传导的热阻，壁厚0.001米，
?s黄铜导热系数λs=377(W/m·k)， 故δ/λs=2.7×10；1/α2为蒸气冷凝膜的热阻，α2=2×10，故
-5-2
1/α2=5×10，空气传热膜系数α在100上下，热阻1/α=1×10，对比之下，上述两项热阻均可忽略，即K≈α。
其测定方法可用牛顿冷却定律进行：
Q?K?S??tm （1-5） Q?Vs?cp?t出-t进? （1-6）
-6
4
??K?Vs?cp(t出-t进)S??tm （1-7）
式中：Vs —空气体积流量，m3/s（由流量计测取） ρ—流经流量计处的空气密度，kg/m3；
2
cp—空气定压比热[J/kg·K]（可取于空气在101.3kPa下的数值）； t进、t出—空气进、出口温度，℃； S—换热面积，m2，S = πdl。
本实验主要热阻在空气一侧，故d值取管内径较为合理。
?tm??T-t进?-?T-t出???t出-t进? （1-8）
?T-t进?ln?T-t进?ln?T-t出??T-t出?T—蒸汽温度，℃
（2）Nu和Re的计算
du?dVs? （1-9） Re???2?d?4d?dKdVs?cp(t出-t进)Nu??? （1-10）
???S?tm d—管内径（m）；
μ—管内介质粘度，Pa·s。因常压附近压强变化对空气粘度影响甚微，故可取压强为101.3kPa时的数值。
λ—空气导热系数，W/m℃，亦可取101.3kPa时的数值。在t定=40~80o范围内可用式（1-11）计算λ：
??0.024943e(0.002491t) （1-11）
定（3）流量测量和密度的计算： 孔板流量计出厂试验时给定：
Vs?0.0003921R/? （1-12） 式1-12中：R—流量计指示仪表（压差表）示值（Pa）； ρ—流经流量计处的空气密度，kg/m3； 所以空气的质量流量为：
Vs??0.0003921R?? ?kg/s? （1-13） 密度的计算可按理想气体定律进行：
273Pa?RPP?RP （1-14） ??1.293???0.4645?a101.3273?t273?t式中：Pa——大气压强，kPa，可取当地全年平均大气压强计算；
Rp——流量计前端被测介质表压强，kPa； t ——流量计前介质温度，℃，可取t = t进。
（4）温度测量：本装置装有热电偶测量温度。热电偶出厂时经过检验，误差约为±0.2℃。
三、实验用仪器与设备
l-2综合传热实验装置
3
温度巡检仪温度巡检仪压差计变送器蒸汽发生器流量调节阀孔板流量计风机疏水阀
四、实验方法与步骤
图1 2型传热实验装置示意简图1．实验准备工作：
（1）向电加热釜加水至液位计上端红线处。
（2）检察管路阀门及电器开关，打开进风阀门（光滑管侧），开起鼓风机，鼓风机挡位控制在2-2.5之间，孔板压差计读数控制在100Pa；孔板压差表读数不得超过800Pa，计前表读数不得超过10KPa。
（3）开启风机时冷风进口阀（光滑管侧）和旁路调节必须全开，否则风机容易烧掉。 （4）启动电加热器开关开始加热，保证蒸汽上升管线的畅通，光滑管侧蒸汽进口阀全开，温控仪应把温度控制在115~120℃，达到设定温度时，关闭加热1；可以开始实验。
2．测定操作：打开蒸汽排气阀门（注意：开启蒸汽排气阀时设备背面应没人），排出一定量蒸汽，时间约1分钟(目的排放不凝气体)。调节孔板流量计R值约为200左右，稳定一段时间（5-10分钟）后，待系统稳定后，开始读取蒸汽温度T、t进、t出、t壁，孔板流量表R值及孔前表压Rp，将这些数据记录在实验记录表上，然后改变孔板流量R值，再测取以上数据记录，R值在200~700之间由小到大依次做5组数据，然后再计算整理结果。在实验过程中，经常检查加热釜中水位是否在正常范围内，发现水位过低，应及时补充水；设备背面始终不要站人。
3．关闭光滑管侧蒸汽进口阀及出口阀。冷却一段时间后全开风机旁路阀，关闭光滑管进风阀，开启螺纹管侧进风阀，调节孔板流量计R值约为100左右，全开螺纹管侧蒸汽进口阀，全开螺纹管侧蒸汽出口阀，打开蒸汽排气阀门（注意：开启蒸汽排气阀时设备背面应没人），排出一定量蒸汽，时间约1分钟(目的排放不凝气体)。稳定后，调节旁路阀改变孔板流量R值约为200，热平衡读取数据（蒸汽温度T、t进、t出、t壁，孔板流量表R值及孔前表压Rp）记录；孔板流量R值200~700间读取5组数据。在实验过程中，经常检查加热釜中水位是否在正常范围内，发现水位过低，应及时补充水；设备背面始终不要站人。
3．实验结束后：
（1）实验结束后，关闭加热开关。 （2）关闭两个蒸汽进口阀门。
（3）将光滑管的冷风进口阀门、蒸汽排气阀门打开，并将风机挡位调至4处。(此时应拔掉孔板压差表、计前表与风管俄连接胶管，以防压差传感器超量程击穿)。
4
（4）进行风冷管路1小时，关闭整个传热系统电源。
五、实验准备及预习要求
1．实验前熟悉孔板流量计及DC-3A微音气泵的使用。
2．预习实验原理、实验内容及实验步骤，写出实验预习报告，绘制实验记录表。
六、实验注意事项
1．孔板压差计读数不得超过800Pa，计前表读数不得超过10KPa。 2．在实验过程中，设备背面始终不要站人。 3．一定要达到热平衡后读数。
4．实验结束后，大风量风冷管路的时间一定要充足；此时应拔掉孔板压差表、计前表与风管俄连接胶管，以防压差传感器超量程击穿。
七、思考题
1．本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度?为什么? 2．实验过程中，冷凝水如不及时排走会产生什么影响?
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综合传热系数的测定实验 - 图文
