实验6 空气对流传热系数的测定

实验6 空气对流传热系数的测定

一、实验目的

1.测定空气在圆直管中强制对流时对流传热系数。

2.通过使实验掌握并确定对流传热系数准数关联式中的系数；

3.通过实验提高对准数的理解，并分析影响对流系数的因素，了解强化传热的措施；

4.掌握强制对流传热系数及传热系数的测定方法；

5.了解热电偶和电位差计的使用和仪表测温方法。

二、实验原理

1.本实验装置为套管式换热器，空气走管内水蒸汽走管间，两流体在换热器内进行热量交换，其传热基本方程式:Q=KA ∆t m

其中:Q=Wc p （t 进-t 出）

∆t m =（T-t 进）-（T-t 出）/Ln(T-t 进)/(T-t 出)

当测取Q 、A 后便可得到K 值。

i i m O O A 1A b A 1KA 1α+λ+α= 分析可知蒸汽的对流传热热阻、金属导热热阻都远小于空气对流热阻，则上式可近似写成

i i A 1KA 1α= 又 KA=O O i i A K A K =

当传热面积A i (内管内壁面积)时，由上述内容可得:

m i i i t A Q K ∆==α （1） 2.若从实验中通过热过热电偶，测取内管的外壁温度，由于金属管热阻很小可忽略其内

外壁间的温差，于是αi 也可由牛顿冷却定律(对流传热速率方程)得出:

m i i t A Q ∆=α （2） (2)式与(1)式比较只是∆'

t m 与∆t m 略有区别，∆'t m 是以壁与空气之间的温度差的平均值。从热阻观点看（1）式忽略了蒸汽对流传热热阻和金属管壁导热热阻。而（2）式只忽略了金属导热热阻，因此用（2）得到的αi 应更好些。如用（1）计算αi 可认为用代替蒸汽温度，使αi 更接近真实。

3、空气在圆直管中强制对流传热时，对流传热系数的准数关联式可写成如下形式:

n p Pr Re c Nu =

在一定范围C 、P 、n 内为代定系数，其中在这里为已知系数，被加热时取n ＝0.4由实验可测得数据并整理出各准数系列数据。

4、准数关联式中把Re 与Nu 看成相关量，二者成幂函数关系，若用4.0r u P /N 与Re 为对应变量，在双对数座标上进行标绘，应得到一条直线，由此可以确定，待定系数p 和c 值，并进一步确定准数关联式的具体形式。

5、温度测量采用热电偶和温度计。以热电偶测量值用于计算温度，温度计作为监测热电偶用。用电位差计测得热电偶电位差E （热电偶热端即内管外壁处，冷端为冰水混合保温瓶）。

电位与温度的计算关系为：

5431004.8Et

10608.11055744.1t ---⨯⨯+⨯=-490.852 （℃）

6、流量测定采用孔板流量计用公式：

()ρ

=ρρ-ρ=R C gR 2CA V ,

00S 或ρ=ρ=R C V G ,s s

上式中：

本实验流程如图所示实为一套管式换热器，管内通入空气管外通入水蒸汽，空气由风机送入通过孔板流量计测量空气流量。

内管内径为d=0.0178m，分为两种管型，一种是光滑管；一种是螺旋槽管。二种管型其传热效果不同。每套设备备有UJ－36型电位差计，用以配合热电偶测温。

四、实验方法

1.水蒸汽由电热蒸汽发生器供给蒸汽压强大小由控温仪通过加热电阻控制，要求蒸汽压强不超过0.05MPa表压。

2.操作前排净套管内不凝性气体(空气)并检查冷凝水排出器(疏水器)是否正常。

3.测定前，将热电偶测量系统调整、准备好将水做成小碎块，小心放入保温瓶内加有适量水形成冰水混合0℃的条件。将热电偶冷端接点小心放入瓶内。

4.先全开旁路阀关闭进入阀，打开风机，使系统内空气流量为零，调节空气进量为零，调节空气进量时，先用进入阀由小到大开，当达到最大开度时，再根据需要闭小旁路阀，使流量继续加大，本实验应从雷诺数1000以上开始。

5.每次改变流量，当温度稳定后记取相应的读数，要求记录8组以上数据，注意间隔要适当。

注意事项:

1、操作小心防止烫伤；

2、电位差计必须按使用说明去使用，转动旋钮要轻，用后注意要关闭开关。

五、数据处理

1、将实验数据整理成N P

/.04和Re的对应关系，并在双对数座标上绘出图

u r

线，求出斜率和截距，进而得出准数关联式。

2、将计算中有关重要参数整理，列表并做适当分析。

实验讨论题

1、实验中应测取哪些数据？

2、如何测取K值？为什么可用K值代替α值？

3、实验中传热量应该用蒸汽放出的热量还是空气吸收的热量？为什么？

4、本实验用传热面积计算K值时，应该用内表面积还是外表面积？为什么？

5、空气流量如何测取？操作中应注意什么问题？

6、温度测取都采用什么方法？

7、在不同流动范围，准数关联式有什么不同？

8、为什么要排除不凝性气体？

9、从实验数据求取关联式中的系数和指数时，都有哪几种方法？

10、将实验结果与教材中经验式比较讨论误差来源。