空气蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据答案Word格式.docx

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-U^r<

rr

1—光滑套管换热器；

2—螺纹管的强化套管换热器；

3—蒸汽发生器；

4—旋涡气泵；

5—旁路调节阀；

6—孔板流量计；

7、8、9—空气支路控制阀；

10、11—蒸汽支路控制阀;

12、13—蒸汽放空口；

15—放水口；

14—液位计；

16—加水口;

三、实验内容

1、光滑管

1测定6〜8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数al。

2对ai的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARem中常数A、m的值。

2、波纹管

1测定6〜8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数ai。

2对ai的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。

四、实验原理

1•准数关联

影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为：

Nu=CRemPrnGrl

（1）

式中C、m、n、I为待定参数。

参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。

目前，只能通过实验来确定特定

因此，可以忽略自

范围的参数。

本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。

然对流对传热膜系数的影响，则Gr为常数。

在温度变化不太大的情况下，Pr可视为常数。

所以，准数关联式

（1）可写成

其中：

Re

Nu=CRem

d

Nu

0.02826W/（m.K）

4

50C时，空气的导热系数

2）取对数，回归求

待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式（

得直线斜率和截距。

因此:

2•传热量计算

努塞尔数NU或ai无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。

当通过

套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传

递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由（3）式计算。

Q=WeCpc（t2—tl）=VpiCpc（t2—tl）（3）

根据热传递速率

Q=KSAtm（4）

所以KSAtm=VpiCpc（t2—ti）（5）

式中：

Q――换热器的热负荷（即传热速率），kJ/s;

We――冷流体的质量流量，kg/s;

V――冷流体（空气）的体积流量，m3/s;

P1一冷流体（空气）的密度，kg/m3;

K换热器总传热系数，W/（m2

Cpc一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kgK）;

S――传热面积，m2;

Atm――蒸汽与空气的对数平均温度差，C。

空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。

综合上面各式即可算出传

热总系数K。

3•传热膜系数的计算

当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为:

ai――空气在圆管中强制对流的传热膜系数，W/（m2「C；

a蒸汽冷凝时的传热膜系数，W/（m2•C）

当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管而且壁厚b较薄，黄铜导热系数入比较大）时,

111

K12

1

（7）

蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K-ai）因此，只要在实验中测得冷、

热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K值，由此求得空气传热膜系数a1）

4•努塞尔数和雷诺数的计算式中：

入一一空气导热系数，W/（m•C；

□一空气的粘度，Pas;

d套管换热器的内管平均直径，m;

pi进口温度ti时的空气密度，kg/m3）

由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的内表面较为合理，即

S=ndl

本装置d=0•0178m,l=1•327m）

5.空气流量和密度的计算

129急

273

273t

（10）

空气密度pi可按理想气体计算:

pa当地大气压，Pa；

t――孔板流量计前空气温度，C,可取t=t1；

式计算

空气的流量由1/4喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可由（11）

（11）

Co――合并整理的流量系数，其值为Co=O.001233;

R――喷嘴流量计的压差计示值，mmH2O。

V1――空气的体积流量，m3/s。

五、实验操作

1.实验前的准备

（1）向电加热釜加水至液位计上端红线处。

（2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。

（3）检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管路的畅通。

（4）接通电源总闸，设定加热电压，启动电热锅炉开关，开始加热。

2•实验开始

（1）当蒸汽压力稳定后，启动旋涡气泵并运行一段时间，保证实验开始时空气入口温度t1（C）稳定。

（2）调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度，使孔板流量计的压差计读数为所需的空气流量值。

（3）稳定5—8分钟左右读取压差计读数，读取空气入口、出口的温度值ti、t2（温度测量可采用热电偶或温度计）、空气压力值pi、空气入、出口之间压力差P2、蒸汽温度值t3及压力值P3,孔板流量计读数P4。

（4）调节空气流量，重复（3）与（4）共测6—i0组数据（注意：

在空气入、出口之间压力差P2最大值与最小值之间可分为6-10段）。

（5）实验过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽锅炉加热过程（蒸汽温度或压力变化较大）不要记录数据。

3．实验结束

（1）关闭加热器开关。

（2）过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。

（3）切断总电源。

六、实验注意事项

1、检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。

特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。

2、必须保证蒸汽上升管线的畅通。

在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。

3、必须保证空气管线的畅通。

即在接通风机电源之前，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀（见图1所示）必须全开。

在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。

4、调节流量后，应至少稳定5〜10分钟后读取实验数据。

5、套管换热器中积累的热水要及时放掉，以免影响蒸汽传热。

七、实验记录及数据处理

误差分析:

1.给热系数K的计算

序号

2

3

5

6

7

空气进口处密度PKg/m3

1.209

1.208

1.206

1.204

1.202

1.197

1.192

空气质量流量m2Kg/s

0.0019

0.0024

0.003

0.00350

）.0041

0.0046

0.005

空气流速um/s

7.98

10.09

12.37

14.56

17

19.21

21.01

空气定性温度t平均°

C

41.7

42.05

42.4

42.75

43.4

44.25

45.25

定性温度下的空气密度p'

Kg/m3

1.213

1.12

1.119

1.118

1.115

1.112

1.108

冷、热流体间的对数平均温差△tmC

58.5

57.91

57.63

57.42

56.74

55.85

46.08

总给热系数Kw/m「C

29.84

37.42

47.1

54.79

64.81

73.38

95.36

2..a2理论值的计算

对流给热系数a2W/就「C

空气黏度卩（X10A-5Pa-s）

1.922

1.924

1.925

1.93

1.934

1.939

空气导热系数入W/m-K

0.0273

0.0277

0.0278

0.0275

0.028

雷诺数Re

8058.056

9397.755

11505.064

13529.833

15713.99

17672.405

19209.413

普兰特数Pr

0.7076

0.6981

0.7

0.697

0.7069

0.6966

努赛尔数Nu

17.49

21.61

23.72

31.53

37.3

42.69

54.49

a2理论值a2'

w/就「C

45.54

52.01

61.44

69.93

78.78

86.01

92.96

努赛尔数理论值Nu'

26.69

30.04

35.36

40.25

45.29

50.04

53.16

3.a2理论值与实验值比较

a2理论值

a2实验值

a2相对误差

0.3448

0.2805

0.2334

0.2165

0.1772

0.1468-

0.0258

1.迪图斯-贝尔特公式有条件范围，而实验数据并非全在其适用范围内，用此公式算出的

NU和a2'

误差就可能较大。

2.实验时，等待时间不足，导致数据未稳定时就记录了。

04

In（Nu/Pr.）

3.22

3.31

3.59

3.76

3.89

4.12

ln（Re）

8.99

9.15