实验四 传热系数的测定

实验目的

1、了解换热器的基本结构与操作原理； 2、学习传热系数K与对流传热系数α的测定方法； 3、学习如何运用实验的方法求出描述过程规律的经验公式，检验通用的传热膜系数准数方程； 4、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
基本原理
在工业生产中，要实现热量的交换，须采用一定的设备，此种交换的设备称为换热器。 化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的另一侧（对流传热），通过坚壁内的热传递再由间壁的另一侧将热传递给冷流体。从而使热流体物流被冷却，冷流体被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。
对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：
Nu=A*Re^m*Pr^n
本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，再两边取对数，即得到直线方程：
lg(Nu/Pr^0.4) =lgA+mlgRe在双对数坐标中作图，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，则可得到系数A，即：
A=Nu/(Re^m*Pr^0.4)
实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。根据定性温度（空气进、出口温度的算术平均值）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。牛顿冷却定律：
Q=α*A*Δtm式中：α—传热膜系数，[W/m2 ℃]；
Q—传热量，［W］；
A—总传热面积，[m2]； Δtm—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差， [℃]。传热量Q可由下式求得：
Q=W*cp(t2-t1)/3600=ρV*cp(t2-t1)/3600
式中：
W—质量流量，[kg/h]；
　Cp—流体定压比热，[J/kg ℃]；

t1、t2—流体进、出口温度， [℃]；

ρ—定性温度下流体密度，[kg/m3]；

V—流体体积流量，[m3/s]。

设备参数

1、孔板流量计： 流量计算关联式：V=4.49*R0.5式中：R——孔板压差（mmH2O）， V——空气流量 (m3/h) 2、换热套管： 套管外管为玻璃管，内管为黄铜管。 套管有效长度：1.25m，内管内径：0.022m

实验步骤


1、打开进水阀门，使水量维持在一定数值。 2、全开风机旁通阀，接通风机电源，再关小旁通阀，使空气流量适当。 3、接通加热器电源，加热空气到90～100℃。 4、维持水及空气流量不变，改变空气进口温度3～4次。每次测量需待热空气进口温度在一定时间（约10分钟）基本不变时，方可读取有关数据。 5、维持水量一定，根据实验布点要求，改变空

气流量3～4次，重复以上操作。⑥实验结束后，关闭加热器电源，待热空气温度降至50℃以下，关闭水调节阀，打开风机旁通阀，再关闭风机电源。 6、记录大气压力及室温。
实验报告要求

列表表示空气流量变化后，传热量、传热平均温度差和总传热系数的变化情况，并对结果进行讨论。 说明：对于该换热器，传热平均温度差校正系数ε△t可按下式计算：

思考题
1、影响总传热系数K的因素有哪些？ 2、在本实验中，如果恒定空气流量，而改变水流量，会有什么结果？