空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案

化工原理实验 对流传热实验

空气—蒸汽对流给热系数测定

一、实验目的

⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。

⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。

二、实验装置

本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。

表1 实验装置结构参数

实验内管内径di（mm） 实验内管外径do（mm） 实验外管内径Di（mm） 实验外管外径Do（mm） 总管长（紫铜内管）L（m） 16.00 17.92 50 52.5 1.30 1

化工原理实验 对流传热实验

测量段长度l（m）

1.10 2

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蒸汽温度 空气出口温度 空气入口温度 蒸汽压力

空气压力

孔板流量计测量空气流量

图1 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

1— 光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵；

3

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5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀；

12、13—蒸汽放空口； 15—放水口；14—液位计；16—加水口；

三、实验内容

1、光滑管

①测定6～8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数α1。

②对 α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARem中常数A、m的值。 2、波纹管

①测定6～8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数α1。

②对 α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。

四、实验原理

1．准数关联

影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为： Nu=CRemPrnGrl

式中C、m、n、l为待定参数。

参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则Gr为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr可视为常数。所以，准数关联式（1）可写成

Nu＝CRem

（1）

（2）

其中：Re?du???V??4 d?Nu??d , 50℃时，空气的导热系数??0.02826W/(m.K)?4

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待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式（2）取对数，回归求

得直线斜率和截距。

Rem因此：??c? d 2．传热量计算

努塞尔数Nu或α1无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由（3）式计算。

Q＝Wecpc（t2－t1）= Vρ1cpc（t2－t1） 根据热传递速率

Q＝KSΔtm 所以 KSΔtm=Vρ1cpc（t2－t1）

（4） （5）

（3）

式中：Q——换热器的热负荷（即传热速率），kJ／s； We——冷流体的质量流量，kg／s； V——冷流体（空气）的体积流量，m3/s； ρ1一冷流体（空气）的密度，kg／m3； K——换热器总传热系数，W/（m2·℃）；

Cpc一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kg·K）； S——传热面积，m2；

Δtm——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。

空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。综合上面各式即可算出传

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