传热膜系数的测定

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0.54 ������ ������ = 26.2∆������
备注 测量范围 0~20kPa 置于进出口中心
四、操作流程 1、实验开始前,先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系,以便正确开启按钮。 2、检查蒸汽发生器中的水位,使其保持在水罐高度的 1/2~2/3,液位过高,i 溢出进入蒸汽 套管;过低,则可能烧毁加热器。 3、打开总电源开关(红色按钮熄灭,绿色按钮亮,以下同)。 4、实验开始时,关闭蒸汽发生器补水阀,并接通蒸汽发生器的加热电源,约 10min,启动 风机,并打开放气阀。
5、调节空气流量时,要做到心中有数,为保证湍流状态,孔板压差读书不应从 0 开始,最 低不应小于 0.1KPa。实验中要合理取点,以保证数据点均匀。 6、将空气流量控制在某一值。待仪表数值稳定后,记录数据,切记每改变一个流量后,应 等到读书稳定后再测取数据,改变空气流量(8~10 次),重复实验,记录数据。(注意: 第一个点必须稳定足够长的时间) 7、最小、最大流量值一定要做。 8、转换内容,进行强化套管换热器的实验,测定 8~10 组实验数据。 9、实验结束后,先停蒸汽发生器电源,过 5min 后再停风机,并将旁路阀全开,清理现场。 10、切断总电源。
������������������ ������
,努塞尔数������������ =
������ 1 ������ ������
,普兰特数������������ =
������������ ������ ������

式中������——换热器内管内径,m; ������1 ——空气传热膜系数,������ ������2 ∙ ℃; ������——空气的热导率,������������ ������3 ; ������������ ——空气定压比热容,������ ������������ ∙ ℃; ������——空气的粘度,������������ ∙ ������。
2
Hale Waihona Puke ∆������其中∆������1 = ������ − ������1 ,∆������2 = ������ − ������2 T——蒸汽侧温度,可近似用外壁面平均温度������������ (℃)表示。 传热量 Q 可由下式求得: ������ = ������������������ ������2 − ������1 3600 = ������ ������ ������ ������������ (������2 − ������1 )/3600 式中 W——空气质量流量,������������ ℎ; ������������ — —空气定压比热容,������ ������������ ∙ ℃; ������1 ,������2 ——空气进出口温度,℃; 3 ������ ������ — —流体体积流量,������ ℎ; 空气的体积流量由孔板流量计测得,其流量 Vs 与孔板流量计压降Δ p 的关系为 0.54 ������ ������ = 26.2∆������ 式中Δ p——孔板流量计压降,kPa。 (2)管内强化传热系数的测定 强化传热技术被学术界称为第二代传热技术, 它能减少设计的传热面积, 以减小换热器 的体积和重量;提高现有的穿热气的换热能力;使换热器能在较低温差下工作;并且能够减 小换热器的阻力以减小换热器的动力消耗, 更有效地利用能源和资金。 强化传热的方法很多 种,本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋形麻花铁的方法来强化传热的。在近壁区域, 流体一面由于螺旋形麻花铁的作用而发生旋转, 一面还周期性地收到螺旋形金属的扰动, 因 而可以使传热强化。 强化传热时������������′ = ������������������ ������ ,其中 B、 m 的值因螺旋形麻花铁的尺寸不同而不同。 同样可 以用线性回归方法确定 B、m 的值。单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响), 可以用强化比的概念作为准则,即强化管的努塞尔数������������′与普通管的努塞尔数������������ 之比。显 然,强化比������������′ /������������ >1,而且它的值越大,强化效果越好。
三、实验装置与流程 1、实验装置
2、流程说明 本装置流程如图所示。空气走内管,蒸汽走环隙。内管为黄铜管,冷空气由风机输送,经孔 板流量计计量后,进入换热器内管,并与套管环隙中蒸汽换热。空气被加热后,排入大气。 空气的流量由空气流量调节阀调节。 蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙, 与内管的冷空气 换热后冷凝,再由回流管返回蒸汽发生器。放空阀门用于排放不凝性气体。在铜管之前设有 一定长度的稳定段,是为消除端效应。铜管两端用塑料管与管路相连,用于消除热效应。 3、装置及控制点参数 序号 01 装 置 参 数 02 03 04 05 序号 控 制 参 数 1 2 3 4 5 名称 内管 强化内管内插物 蒸汽发生器 XGB-12 型漩涡气泵 孔板流量计 名称 孔板压差 入口温度 出口温度 水蒸气入口壁温 水蒸气出口壁温 规格 内径 0.02m,l=1.25m 麻花铁厚 4mm;麻花间距 H=12.5mm,共 6 节 加热功率为 1.5kW ������������������������ = 17.50������������������, ������������������������ = 100������3 /ℎ 0~20kPa 传感元件 压阻式压力传感器 ASCOM5320 Pt100 Pt100 Pt100 K 型电热偶 备注 黄铜材质 不锈钢材质 不锈钢材质 电机功率 500W
b.处理后的数据 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 对数平温 度∆������������ /℃ 44.08 43.37 42.54 41.61 40.96 39.60 39.91 38.59 38.35 38.42 38.23 ������ ������ 3 ������ ℎ 47.59 44.26 42.60 40.30 38.50 37.16 35.00 32.02 27.45 22.59 18.02 传热量 Q/W 430.57 395.56 381.06 358.35 338.17 302.35 303.18 280.16 240.79 202.38 164.62 ������ α������ ������2 ∙ ℃ × ∆������������ 3.46 3.40 3.34 3.27 3.22 3.11 3.13 3.03 3.01 3.02 3.00 124.44 116.18 114.10 109.72 105.16 97.26 96.78 92.49 79.98 67.11 54.85 Re 46073 42691 40898 38509 36657 35060 33111 30086 25753 21220 16916 Nu 87.14 81.22 79.61 76.39 73.10 67.35 67.09 63.93 55.25 46.38 37.90 ������������ ������������ 0.4 100.66 93.84 91.98 88.27 84.48 77.85 77.54 73.90 63.86 53.61 43.81
五、实验数据与处理 1、直管传热 a.原始数据 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 空气入口 温度������1 /℃ 39.5 40.3 41.1 42 42.8 45.4 44.1 45.1 45.3 44.8 44.6 42.9 41.5 空气出口 温度������2 /℃ 69.1 69.6 70.5 71.3 71.8 72.4 72.8 74.2 74.5 74.6 75 74.3 73.4 壁温 1 ������������ 1 /℃ 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 100 99.8 99.9 99.9 99.9 100.1 100.1 壁温 2 ������������ 2 /℃ 100.1 100 100.1 100 100 100.1 100.1 100.2 100.2 100.1 100.1 100.2 100.3 孔板压降 /(KPa) 3.02 2.64 2.46 2.22 2.04 1.91 1.71 1.45 1.09 0.76 0.5 0.3 0.26
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。 因为空气传热膜系数������1 远小于蒸汽传热膜系数������2 ,所以传热管的对流传热系数������1 约等 于冷流体间的总传热系数 K,即������1 ≈K,则有 牛顿冷却定律:������ = ������1 ������∆������������ 式中: A——总传热面积 m2(内管内表面积)。 ∆������������ ——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差,℃; ∆������������ = ������2 − ������1 ������������ ∆������ 1
传热膜系数的测定
一、 实验目的 1、掌握传热膜系数 α 及传热系数 K 的测定方法,并分析影响 α 的因素 2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数 A 和指数 m、n 的方法;用图解法和 线性回归法对������������ 的实验数据进行处理,求关联式������������ = ������������������ ������ ������������ 0.4 中的常数 A、m 的值 3、通过对管程内部插有螺旋形麻花铁的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究,测定其 特征数关联式������������′ = ������������������ ������ 中常数 B、m 的值和强化������������′ /������������ ,了解强化传热的基本理论和基 本方式。 4、通过测定 5~6 个不同流速下套管换热器的管内压降。并在同一坐标系下绘制普通管与强 化管的关系曲线。比较实验结果 5、学会测温电偶的工作原理、使用方法。 二、基本原理 (1)套管式传热膜系数的测定 对流传热的核心问题是求算传热膜系数, 当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形 式为: ������������ = ������������������ ������ ������������ ������ ������������ ������ 对于强制湍流而言,Gr 准数可以忽略,故 ������������ = ������������������ ������ ������������ ������ 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。 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。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,在两边取对数,即得到直线方 程: ������������ = ������������������ + ������������������������������ ������������ 0.4 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: ������������ ������������ ������������ 0.4 ������������ ������ 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 A、m、n。 可以看出对方程的关联,首先要有 Nu、Re、Pr 的数据组。其准数定义式分别为: ������ = 雷诺数������������ =
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