对流传热实验实验报告.docx

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对流传热实验实验报告

实验三对流传热实验

一、实验目的

1.掌握套管对流传热系数％的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解,

应用线性回归法，确定关联式M/=ARemPr04中常数M、刃的值；

2.掌握对流传热系数如随雷诺准数的变化规律；

3.掌握列管传热系数Ko的测定方法。

二、实验原理

㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定

1.对流传热系数％的测定

在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。

对流传热系数匕可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定

O

a,=—

（1）

\txS]

B

式中：

4•—管內流体对流传热系数，¥7（*・°C）；

Q—管内传热速率，W；

S：

—管内换热面积，m‘；

AT—内壁面与流体间的温差,J

AT由下式确定：

△『=几一口1

（2）

M2

式中：

鱼一冷流体的入口、出口温度，°C;

人一壁面平均温度，°C；

因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、

外壁温度和壁面平均温度近似相等，用匚来表示。

管内换热面积：

Sj二加，厶

式中：

d・一内管管内径，m；

厶一传热管测量段的实际长度，叽

由热量衡算式：

Q二WQ”-G

其中质量流量由下式求得：

（5）

w=

3600

式中：

匕一冷流体在套管內的平均体积流量，m3/h；

Cp,”一冷流体的定压比热，kJ/（kg・°C）；

九一冷流体的密度，kg/m'o

C/h和几，可根据定性温度&查得，口=上仝为冷流体进出口平均温度。

2

乩±2,兀，匕可采取一定的测量手段得到。

2.对流传热系数准数关联式的实验确定

流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为

Nu=ARe"'Pr".（6）

其中：

Nu=空Z,Re="M*加,Pi=

A“"儿"

物性数据九、c%、门”、可根据定性温度乙查得。

经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：

Nu=ARe'"Pr04（7）

这样通过实验确定不同流量下的Re与然后用线性回归方法确定力和刃的值。

㈡列管换热器传热系数的测定

管壳式换热器又称列管式换热器。

是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要

是金属材料）制造，能在高温、髙压下使用，是目前应用最广的类型。

由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。

壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。

进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。

实验装置采用双管程。

传热系数Ko用实验来测定

K“=—（D

M”xS。

式中:

Ko—列管传热系数,W/（m2•°C）；

Q—管内传热速率，W；

管外换热面积，m2;

Stm—平均温度差,J

（2）

（3）

九由下式确定：

Ar,„=g仏

_（U_（為_"）卄In口

T2~f\

式中：

直一冷流体的入口、出口温度，。

C；

T.,T?

—热流体的入口、出口温度，工；

△―逆一逆流时平均温度差，°C；肖一温差校正系数，由R、P的查到（课本P100）o

0才（P,R）

_冷流体的温升

=7；-7/“两流体的最初温度差

7；-7；_热流体的温降

T；_T厂冷流体的温升

管外换热面积：

血l°Lo（4）

式中：

必一內管管外径，m；

人一传热管测量段的实际长度，叽

由热量衡算式:

（5）

其中质量流量由下式求得：

鸭=VmPln（6）

"3600

式中：

匕一冷流体在套管内的平均体积流量，m'/h；

C/J—冷流体的定压比热，kJ/（kg-°C）；

门”一冷流体的密度，kg/m'o

C/h和Q,“可根据定性温度人查得，口=上殳为冷流体进出口平均温度。

乙

g纭刀，L,匕，可采取一定的测量手段得到。

三、实验流程和设备主要技术数据

1•设备主要技术数据见表1

表1实验装置结构参数

J

紫铜内管内径ch（mm）

（列管）；（套管）

紫铜内管外径d（mm）

套管玻璃外管内径〃（mm）

套管玻璃外管外径0（nun）

列管玻璃外管内径〃（mm）

列管玻璃外管外径2（nun）

Z

测量段（紫铜内管）长度厶（m）

玻璃转子流量计

型号：

LZB—25

泵

型号：

WB50/025

2.实验流程如图1所示。

3.实验的测量手段

⑴温度的测量

冷水热水进出口温度采用热电阻温度计测得。

套管壁温采用热电偶温度计测量。

（2）加热

热水箱内装有2组加热器，热水箱为双层保温设计。

加热方式采用温度控制加热。

图1水-水传热综合实验装置流程图

四、实验方法及步骤

1.实验前的准备，检查工作。

（1）向水箱中加满水。

（2）接通电源总闸，设定加热表温度为60“C,启动电加热器开关，开始加热。

关闭热水端转子流量计阀门，启动热水泵，打开转子流量计阀门，选择一个换热器，使热水循环流动。

2.实验开始.

（1）选择套管换热器。

调节热水流量为一定值920L/ho

（2）启动冷水泵用转子流量计调节流量，调好某一流量后稳定3-5分钟后，分别测量冷水的流量，进、出口的温度及壁面温度。

然后，改变流量测量下组数据。

一般从小流量到最大流量之间，要测量4〜6组数据。

（3）做完套管换热器的数据后，要进行列管换热器实验。

分别记录热水进出口温度冷水进出口温度。

实验方法同步骤⑵。

3.实验结束后，依次关闭加热、泵和总电源。

一切复原。

五、实验注意事项

1、检查加热箱中的水位是否在正常范围内。

特别是每次实验结束后，进行下一次实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。

2、实验管路内部不能有气泡，高位槽一定要有溢流，以保持冷流体流量稳定。

R十算过程示例“

（均以第一殂数据为例）“

二.对流传热系数如的测定"

内壁面与流体间的温差：

M=心一匕=44.6―竺込=23.2°G

22

tnE—冷流体的入口、出口沒皮.C;几一璧面平均温度.cC.卩

管内换热面积:

Sj=irdjLj=3.14*0.008*1.2=0.030144m2

①一内管管内径，m：

传热管测量段的尖际长度，

质量流量：

=沁=皿=10°—=0.02772kg/s，山36003600*10003600*1000°

管内传热速率:

Q]=%Cpm（—_S）=0.02772*4.182*1000*（27.5-15.3）=1414.40^

Q-流蚤.L4i：

pg心沆依密慶，kgW：

Cpm—冷流体妁定压比热，kJ/（kg-VC）TCpm和阳可很据之怪温度匚左碍.L=（^）为冷流体进出口平均温度。

卩

Q—流蚩.L/h:

A—管的磁面积.m2o一

对流传热系数：

at==一1414-40—=2022.47W/nr•°C<*

1At

努赛尔数：

Nu=竽==26.9215”

At0.601

雷诺数：

Re==°-5529，Q'008'998=26,9215.

um0.00098375

二.列管换热器传热系数的测定“

h・匕一冷流依的入口、出口温度.C:

Tb心一热流体的入口、出口温度.°C。

“

冷沦体的乃什_據沌体的温降

两洼依的貳切月反差，K_冷從体的温什°

平均温度差；Atm=泌张=0.98*26.8382=26・3014°G

©—温差校正系瓠由R、P的查到（课本P»

甘外换热面积：

So=nTrd0L0=6*3.14*0.012*1.2=0.2713zn2^

內骨會外径.m：

Lq-传煞管测量『殳的实际长度，mo卩

管内传热速率:

Q=WmCpm（t2-tj=0.02767*4.175♦1000*（44.7-14.7）=3465.25必

Q—疣无Lh:

pa_卜流体言度.kgn?

:

Cpm—冷流体的定压比鵡・kJ/（kgeC）.佐町根据定性

温殘得，宁）为冷流体进出门平均;3/亠

表1套管换热器原始数据及数据整理表

No.

1

2

3

4

5

6

流量（L/h）

100

150

200

250

300

350

t.（°C）

Y

t2（°C）

T.（°C）

）

t„（°C）

Pn（kg/m：

，）

998

"100

1

Cp„

10000

!

At（°C）

!

Wn（kg/s）

u（m/s）

Qi（W）

（

乞（W/nT°C）

Re

•

Nu

Pr

Nu/

•

表2列管换热器原始数据及数据整理表

No.

1

2

3

4

5

6

流量（L/h）

100

150

200

250

300

350

T1（°C）

$

T2（°C）

57

tl（°C）

t2（°C）

Pn（kg/m/，）

996

997

998

九*100

?

Cp„

U.*10000

]

w„（kg/s）

>

u（m/s）

Q.（W）

△tm

屮

△tm逆

Ko（W/m2・°C）

Re

R

P

实验分析

一.Nu/—ARe"曲线

通过实验确定不同流量下的Re与Nu值，并将公式Nu二转换为Nu/=ARe",以Nu/为纵坐标,Re为横坐标做线性回归得右图，并确定出方程为y=*,由此得出A=,m=o

计算出不同流量下的传热系数K°的值，绘出传热系数K。

与雷诺数Re的关系曲线，如右图。

流体刚进入湍流时，Re值对Ko几乎没有影响，随着Re值的不断增大,传热系数K。

明显增大，与Re呈线性关系。

三・：

一Re曲线

根据实验数据绘出管内对流传热系数i随雷诺数Re的关系曲线，如右图，由图可知，对流传热系数：

开始时随着雷诺数Re的增大而增大，几乎呈线性上升，但随着Re的增大，匚增长速率逐渐减小，Re到达一个临界值时，：

开始减小。