最新实验五 空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定

实验五 空气在圆形直管中强制对流传热膜系数的测定

一、实验目的

1、通过实验掌握传热膜系数α的测定方法，并分析影响α的因素；

2、掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数C 和指数m 、n 的方法；

3、通过实验提高对α关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；

4、掌握测温热电偶的使用方法。

二、实验原理

对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变化时对流传热准数关联式一般形式为：

Nu = C Re m Pr n Gr p

对强制湍流，Gr 准数可以忽略。 Nu = C Re m Pr n

本实验中，可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数m 、n 和系数C 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可取n = 0.4（实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程：

Re lg lg Pr lg

4

.0m C Nu

+= 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点的函数值代入方程中得到系数C ，即

m

Nu C Re Pr 4

.0=

用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。

而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到C 、m 、n 。

可以看出对方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。 雷诺准数 μ

ρdu =Re

努塞尔特准数 λ

αd Nu 1=

普兰特准数 λ

μp C =Pr

d —换热器内管内径（m ）

α1—空气传热膜系数（W/m 2·℃）

ρ—空气密度（kg/m 3）

λ—空气的导热系数（W/m·℃） C

p —空气定压比热（J/kg·

℃） 实验中改变空气的流量以改变准数Re 之值。根据定性温度计算对应的Pr 准数值。同时

由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值。进而算得Nu 准数值。

因为空气传热膜系数α1远小于蒸汽传热膜系数α2，所以传热管内的对流传热系数α1约等于冷热流体间的总传热系数K 。则有

牛顿冷却定律： Q =α1AΔt m

A —传热面积（m 2）（内管内表面积） Δt m —管内外流体的平均温差（℃）

2

1

12ln

t t t t t m ∆∆-=

∆

其中： Δt 1= T - t 1 , Δt 2= T - t 2

T —蒸汽的温度，℃

传热量Q 可由下式求得： Q= w

C

p （t 2-t 1）/3600 =Vρ

C

p （t 2-t 1）/3600

w —空气质量流量（kg/h ） V —空气体积流量（m 3/h ） t 1,t 2—空气进出口温度（℃）

实验条件下的空气流量V （m 3/h ）需按下式计算： 1

2732731

t t V V t

++⨯=

1

t V —空气入口温度下的体积流量（m 3/h ）

t —空气进出口平均温度（℃） 其中1

t V 可按下式计算 1

1

68

.21t

t P V

ρ∆=

ΔP—孔板两端压差（KPa ）

1

t ρ—进口温度下的空气密度（kg/m 3）

本实验装置是两条套管换热器，其中一条内管是光管，另一条内管是螺旋槽管，分别测定和对比流体在两种管内强制对流时的传热膜系数。

三、实验内容

1、测定水蒸汽—空气物系在常用流速范围内的传热膜系数；

2、.先设定一种操作条件，待达到定态操作后，再增加50%的热（或冷）流体量，并维持热（或冷）流体的进出口温度不变。你认为应采取哪些措施。在实验中实施之。

四、实验方法

1、首先用蒸汽发生器加热产生蒸汽，打开光管侧风机，调节孔板流量计R 值约为20

左右。

2、待进口温度t 1稳定在35°C 左右，蒸汽发生器停止加热，打开光管侧蒸汽进气阀，

开始读取温度T、t1、t2、t壁，孔板流量计R值及孔前表压Rp，将这些数据记录在实验记录

表上。

3、改变孔板流量R值约为30，再测取以上数据并记录，大约做5组数据。

4、然后打开蒸汽放气阀，让蒸汽发生器再次加热，直至其停止加热，同样再做5组数

据，重复几次，将数据记录到实验记录表上。

5、实验结束，先关闭蒸汽发生器加热电源，待系统冷却后，再停风机。

五、实验装置和流程

1.风机

2.流量计

3.调节阀

4.蒸汽套管

5.视镜

6.温度计

7.热电偶

8.安全阀

9.压力表10.压差计11.蒸汽阀12.放气考克13.疏水器14.热电偶转换开关

图 4 实验流程图

六、数据记录与处理

管型：管内径：17.8mm 室温：o C 实验日期：大气压强：（mmHg）

序

号

进口温度

t1（°C）

出口温度

t2（°C）

蒸汽温度

T（°C）

管壁温度

t壁（°C）

计前表压

Rp（mmHg）

流量计示值

R（mmH2O）

管子压差

△P（mmH2O）1

2

3

4

5

6