北京理工大学对流传热系数测定实验

对流传热系数的测定

陶虹 1120112863

一、实验目的

1、通过对传热系数a准数关联系的测定，掌握实验方法，加深对流传热概念和影响因素的理解。

2、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。 3、加深对由实验确定经验公式的量纲分析法的理解 4、得出得出单一流体下的总传热系数K。

二、实验的基本原理

1、对流传热系数ai的测定

以蒸汽为加热介质走外管，空气为冷却介质走内管。对流传热系数aI可以根据牛顿冷却定律，通过用实验来测定。由牛顿冷却定律：

ai?

式中：ai——管内流体对流传热系数，W/(m2.℃); Q—传热速率，W;

S—内管传热面积，㎡； Tw——壁面平均温度，℃； Tm——定性温度，℃。 传热面积计算公式：S=?dL 定性温度：

TM?T1?T22

QS(TW?TM)

上式中：d—管内径，m;

L—传热管测量段的实际长度，m; T1,T2——冷流体的入口、出口温度，℃。 传热速率Q?VS,M?MCP(T1?T2)

式中：VS,M—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/s; ?M—冷流体的密度，kg/m3;

CP—冷流体的定压比热容，J/(kg.℃)。

2、对流传热系数ai 准数关联式的确定

流体在管内做强制湍流，准数关联式的形式为：Nu=ARemPrn

在本实验条件下在管内被加热的空气，普兰特数Pr变化不大，可近似为常数，

则关联式的形式可简化为：Nu=A’Rem 所以仅有A’，m两个参数。 则两边取对数得：lgNu?mlgRe?lgA'

显然，上式中是一个线性方程，通过实验测定并计算得出一系列的Nu和Re,即可在双对数坐标系中描绘出Nu—Re直线，然后进行线性回归即可得出m,lgA’,继而确定准数关联式

du?d?adRe?雷诺数：

?Nu?4V??d2?4V???d?

则努塞尔数：

?

上式中?,?分别为空气的粘度、流体的热导率（在定性温度Tm下查出）

三、实验装置图

附图：空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

1、普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器； 4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；7、风机出口温度（冷流体入

口温度）测试点；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；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；

17、液位计；18、冷凝液回流口

四、实验步骤：

1、实验前准备，检查工作

（1）向电加热釜中加水至液位计上端显示安全水位之上。 （2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。

（3）检查蒸汽管支路各控制阀是否已开，保证蒸汽和空气管线的畅通。 （4）接通电源总阀，设定加热电压，启动电热器开关，开始加热。 2、实验开始

（1）关闭通向强化阀门11，打开通向简单套管的阀门10，当简单套管换热器的放空口12有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要打开阀门9，关闭阀门8。在整个实验过程中始终保持换热出口处有水蒸汽冒出。

（2）启动风机后用阀门5来调节流量，调好某一流量稳定5~10min后，分别测定空气流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量12组数据。 3、实验结束

依次关闭加热电源、风机和总电源，一切复原。 五、实验记录及数据处理

内径d=17.3mm 外径d0=22mm 数据处理：

六、思考题

1、本实验要想提高K值应当增加哪一个管内的流体流量？

2、铜管内壁的温度与哪一种流体的温度想接近？

3、本实验中若套管间隙中有不凝性气体存在，对传热有什么影响？

4、实验中所测的壁温接近蒸汽侧温度还是空气侧温度？

5、传热过程的稳定性受哪些因素的影响？

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