实验三 传热系数K和给热系数α的测定

实验三 传热系数K 和给热系数α的测定

一、 实验目的

1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法；

2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；

3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。

二、实验原理

在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。

列管换热器是一种间壁式的传热装置。冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成，其所涉及的热量衡算为：

1212()()()()h h w c c w m

w w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ

=-=-=-=- 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T t

Q A A A KA δαλα----=

=== 1

h h m c c

K A A A A A A δαλα=

++

在所考虑的这个传热过程忠，所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法 ：π=13-4=9个无因次数群。

该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程 。即：

12(,)K f αα≈

分别对α1、α2进行研究：1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ=

无因次处理得：0(,)Re Pr p b c c d du f Nu a μ

αρλμλ=→= 1）传热系数K 的实验测定

热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式：m Q KA t =∆ 其中：12211221

()()

ln

m T t T t t T t T t ---∆=

--

两式联立，得：21()

c c pc m

q c t t K A t ρ-=

∆

2）给热系数α的实验测定

热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式： c mc Q A t α=∆ 其中：2121

()()

ln

w w mc w w t t t t t t t t t ---∆=

--下上上下

两式联立，得：21()

c c pc c mc

q c t t A t ρα-=

∆

三、实验装置及流程图

本实验选用空气作为冷流体 华理是冷却水，水蒸汽作为热流体。空气来自鼓风机，经转子流量计测量流量、温度计测量温度后，进入换热器的管程，换热后在出口处测量其出口温度。蒸汽发生器产生的蒸汽进入换热器的壳程，蒸汽温度设定为150℃，蒸汽经换热后又返回到蒸汽发生器内，形成蒸汽循环。

q c ----空气流量计1个；

t 1、t 2 ----冷流体进、出口温度计2个； T----水蒸汽温度计1个；

t w 上、t w 下----上壁温、下壁温温度计2个； P----装1个压力表；

配上套管换热器、蒸汽发生炉、疏水器、阀门管路、凉水塔系统组成如下实

验装置。

四、实验步骤

1.可先打开蒸汽发生炉电源开关，待上壁温开始升温后，打开空气输送开关，调节空气转子流量计为22；

2.当蒸汽压力到达一定值后，打开不凝性气体放气阀，“开-关”重复2次；

3.整个实验操作控制蒸汽压力恒定在0.04Mpa以下某一刻度，蒸汽温度达到150℃后，方可开始测量；

4.实验布点采用均匀布点原则，即在5—25之间，均匀布4-5点；

5.空气流量调到某值，待冷流体出口温度显示值保持5min以上不变时方可同时采集实验数据；

6.调节空气流量，重复实验步骤5；

7.实验结束时，先关闭加热电源开关，空气流量必须继续打开，至蒸汽温度降至50℃以下，方可关闭其它电源。

五、实验数据记录与处理

１.原始数据记录

装置号： ；d 外=19mm ；δ=1.5mm ； L=1.3m ； 室内温度： ℃

⑴定性温度 122

m t t

t += ，查《化工原理》附录干空气的物理化学性质，内插法

求空气平均ρ，Cp ，λ，μ；

⑵换热器流通面积：24

A d π

=

⑶换热器换热面积：dl S π= ⑷空气流量、流速：流量q

流量校正：273

273

27320273++⨯++⨯=室室t t t q q m c

流速：A

q u c

=

⑸传热量：21()c c pc Q q c t t ρ=- ⑹总传热系数的计算： m

pc c c t A t t c q K ∆-=

平)

(12ρ，A 平为换热面积；

其中：12211221

()()

ln

m T t T t t T t T t ---∆=

--

⑺给热系数α的计算：m

pc c c c t A t t c q ∆-=

内)

(12ρα，A 内为换热面积；

其中：2121

()()

ln

w w mc w w t t t t t t t t t ---∆=

--下上上下

⑻准数值：Re d u ρ

μ

⨯⨯=

； Pr p c μ

λ

=

；d

Nu αλ

=