传热实验ws

传热实验ws

姓名：吴森实验日期2015年7月20日班级：应

化11301

序号20 周次11 星期三指导老师吴老师

传热膜系数的测定

一、实验目的及任务

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特征数关联式中的A和指数m、n的方法；用图解法和线性回归法对αi的实验数据进行整理，求关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数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Nu’=BR e m中常数B、m的值和强化比Nu’/Nu，了解强化传热基本理论和基本方式。

4..测定5~6个不同流速下套管换热器的管内压降

p

Δ。并在同一坐标系下绘制普通管ΔP1~Nu与强化管ΔP2~Nu的关系曲线。比较实验结果。

5.学会测温热电偶的工作原理和使用方法。

二、基本原理

1.套管式换热膜系数的测定

对流传热的核心问题是求传热膜系数 ，当流体无相变化时对流传热特征数关联式一般形式为：

Nu=ARe m Pr n Gr p……①

对强制湍流，Gr数可以忽略，

Nu=ARe m Pr n。……②

本实验中可以使用图解法和最小二乘法两种方法计算特征数关联式中的指数m、n和系数A。

用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同的变量Re和Pr分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可以取n=0.4（本实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程：

Re m A Pr

Nu

lg lg 0.4lg

+=……③

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A ，即： m

Re Pr Nu

A 0.4=

……④

用图解法根据实验点确定直线位置，有一定的人为因性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳的关联结果。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。

雷诺数：

μ

du ρ

Re =

努塞尔数：

λ

d αNu 1

=普兰特数：

λ

μp c Pr =

式中d −换热器内管内经，m

α1−空气传热膜系数，W/m 2⋅℃ ρ−空

气密度，kg/m 3

λ−空气导热率，W/m ⋅℃ μ−空

气粘度，J/kg ⋅℃

p

c −空气定压比热容，Pa ⋅s

实验中改变空气流量以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 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，进而计算得到Nu 。

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约等于冷热流体间总传热系数K ，即K ≈α1，则有：

牛顿冷却定律：Q=α1A Δt m =πα1dl Δt m ……⑤ 式中A −总传热面积，m 2（内管内表面积） Δt m −管内外流体的平均温差，℃

2

Δ1Δln 12Δt t

t t m t -=……⑥

式中：1

1

Δt

T t -= , 22Δt T t -=

T −蒸汽侧的温度，可以近似用传热管的外壁面平均温度T w （℃）表示。 传热量Q 可以由下式求得：

3600

)1

2(3600)12(/t t p c s ρV /t t p Wc Q -=-=……⑦

式中W −空气流量质量，kg/h p c −空气定压比热容，J/kg ⋅℃ 1

2t ,t −空气进出口温度，℃ ρ−定性温度下空气密度，kg/m 3

s

V −流体体积流量，m 3/h 孔板体积流量由孔板流量计测得，其流量s

V 与孔板

流量计压降p Δ的关系为：

0.54

26.2Δp s

V =……⑧

式中p Δ为孔板流量计压降。 2.管内强化传热系数的测定

强化传热时Nu’=BRe m ，其中B 、m 的值因为螺旋麻花铁的尺寸不同而不同。同样可以用线性回归分析方法确定B 、m 的值。单纯研究强化传热手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，即强化管的努塞尔系数Nu ’与普通管的努塞尔系数Nu 的比。显然，强化比Nu ’/Nu >1，而且比值越大，强化效果越好。

三、 实验装置与流程

1、实验装置

图套管式换热实验装置和流程

2、流程说明

本装置实验图如上图所示。空气走内管，蒸汽走环隙（比例管）。内管为黄铜管，冷空气由风机输送管，经过孔板流量计计量后，进入换热管E01（02）内管，并与套管环隙蒸汽换热。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M01上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，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。在铜管之前设置有一段一定长度的稳定段，是为了消除端效应。铜管两端用塑料管与官路相连，用于消除热效应。

3、装置及控制点参数

表1传热装置及控制点参数

序号名称规格备注

1 内管

内径0.02m，

l=1.25m（有效长度）

黄铜材质

装置参数 2 强化内管内插物

麻花铁厚δ=4mm

麻花间距H=12.5mm

（共6节）

不锈钢材质

3 蒸汽发生器加热功率1.5kW 不锈钢材质

4 XGB-12型漩涡气泵P max=17.50kPa 电机功率500W

5 孔板流量计0~20kPa

0.54

26.2Δp

s

V

序号名称传感元件备注

ΔPI01 孔板压差

压阻式传感器

ASCOM5320

测量范围0~20kPa 控制参数TI02 入口温度Pt100 置于进、出管的中心

TI03 出口温度Pt100

TI04 1#壁温Pt100

TI05 2#壁温K型热电偶

四、操作步骤

1、实验开始前，先弄清楚配电箱上各个按钮与设备的对应的关系，以便于正确开启按钮。