对流传热系数的测定

对流传热系数的测定

北京理工大学化学学院董女青1120102745

一、实验目的

1、掌握对流传热系数的测定方法，测定空气在圆形直管内的强制对流传热系数, 验证准数关联式。

2、了解套管换热器的结构及操作，掌握强化传热的途径。

3、学习热电偶测量温度的方法。

二.实验原理

冷热流体在间壁两侧换热时，传热基本方程及热衡算方程为：

Q = KAAtm = m^Cp (t入一t出)

换热器的总传热系数可表示为：

1 1 b 1

—------- 1 ---- 1 ----

K a ：入a 0 式中：Q—换热量，J/s

K—总传热系数，J/(m' s)

A—换热面积，m：

At m-平均温度差，°C

Cp—比热，J/ (kg • K)

nu—质量流量，kg/s

b—换热器壁厚，m

a i、a o—内、外流体对流传热系数，J/(m? • s)

依据牛顿冷却定律，管外蒸汽冷凝，管内空气被加热，换热最亦可表示为：

Q = a jAj(t w - t) = a 0A0 (T — T w)

式中:t w.凡一管内(冷侧)、管外(热侧)壁温，

t、T-管内(冷侧)、管外(热侧)流体温度

测定空气流量、进出口温度、套管换热面积，并测定蒸汽侧套管壁温，由于管壁导热系数较大且管壁较薄，管内壁温与外壁温近似柑等，根据上述数据即可得到管内对流传热系数，由丁•换热器总传热系数近似等丁•关内对流传热系数，所以亦可得到套管换热器的总传热系数。

流体在圆形直管强制对流时满足下述准数关联式：

Nu = O.O237?e°-8Pr0-33

式中：Nu-努塞尔特准数，Nu=^,无因次

Re—雷诺准数，Re = ^,无因次

P L普兰特准数，Pr =耳,无因次

测定不冋流速条件下的对流传热系数，在双对数坐标屮标绘加he关系得到一条直线，直线斜率应为0. &

三、实验内容

1、测定不同空气流星下空气和水蒸汽在套管换热器换热时内管空气的对流传热系数，推算总传热系数。

2、在双对数坐标中标绘M L R決糸,验证准数关联式。

四、实验装置与流程

1、实验装置流程图

图3-3传热实验装置流程示意图

1 一蒸汽发生器2—水位指示管3—风机4一风量调节阀5—孔板6—U型管

7—空气进口温度计8—空气出口温度计9一热电偶测量系统

10—冷凝回水管11 —外管12—内管

2、流程简介

如图3-3所示，鼓风机将空气送入换热器内管，风量由阀门4进行调节，并采用孔板流量计5计星流量，进出换热器的温度分别由进出口的温度计7、8读出蒸汽发生器1将产生的蒸汽送入套管，套管壁温采用热电偶温度测量系统进行测量。

五、实验方法及步骤

1、向电加热釜加水至接近液位计上端红线。

2、向保温瓶屮加入适量的冰水，并将冷端补偿热电偶插入其屮。

3、将空气流量旁路调节阀4全开，电压调节电位器旋至最小值（逆时针方向）。

4、检査数字电床表的测量讯号线是否接好，接通电源，至少预热5分钟。

5、顺时针方向缓慢旋转电压调节电位器，使电压表的示值为180V,待水沸腾，水蒸气进入玻璃套管。

6、加热约10分钟后，启动鼓风机，待空气入口温度稳定后开始测试。

7、调节空气流量旁路阀的开度，使压差计的读数为所需的空气流量值(注意旁路阀全开时，空气流量为最小值，全关时为最大值)。

8、待玻璃套管中充满蒸汽并有适量冷凝液时算起，约5分钟后可读取数值。

9、重复步骤7、8,分别取10个以上空气流量值(应包括最大和最小流量值)。

10、测试结束后，将加热电压调节电位器旋至最左端(逆时针方向)，使电斥表、电流表的示值为零；约5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开，切断总电源，停止实验。

六、实验注意事项

1、实验过程中，蒸汽发生器中的水位不能低于液位计下端的红线，否则螺旋形电热管将被烧坏；液位亦不能过高，否则会使水溢入套管。

2、启动风机时，空气流量旁路阀不能关上，否则会把U型床差计中的液体冲出。附：实验装置流量与温度校正数据

空气流量公式：V = 2.472R°-472m3/h，斤单位为mm .

蒸汽侧壁温与测温热电偶电势关系：T=(22. 2E-0. 6),疋单位为mv

空气进出口温度校正：At= [(t2-t1)+2.5]

注：实验装置上所给数据与教材中所给数据略有不同，以实验装置上所给的数据为准计算。

实验装置流量与温度校正数据

空气流量公式：V = 2.352R°•⑹uF/h,水单位为mm・

蒸汽侧壁温与测温热电偶电势关系：T=(22. 2E-0. 6),

位为mv 空气进出口温度校正：At =[(12-1!)+ 1.5]

七、实验数据处理

实验数据记录

序号 A R(cm) t进t出热电偶电势E (°C) (°C) (mV)

1 1. 1 35.0 76.5 4. 34

2 2.2 37.0 76. 0 4. 37

3 3.2 39. 1 76. 0 4. 38

4 4.2 40.0 76.0 4. 38

5 5. 1 41. 1 76.0 4. 39

6 6. 1 42.0 76. 0 4. 38

*7 7. 1 42. 0 76. 0 4. 39

8 8.0 43.0 76.0 4. 39

9 9. 1 44.0 76.0 4. 40

10 10. 0 44.5 76. 0 4. 40

11 11. 0 44.5 75.0 4. 40

12 12.0 45.3 76.0 4. 40

13 13.0 45.8 76.0 4. 40

14 20. 0 47.5 76. 0 4. 40

15 28. 0 49. 0 76. 5 4. 10

换热器内管尺寸：

内径：^=17. 3mm 外径：cl=22mm

测量段管长度：1二1150mm 故内侧管面积为：

A =77 dj=3. 14X0. 0173X1. 15=0. O625nf

2、传热系数的计算以第一组数据为例进行计算，如下：当t吒=35.0"C, t l(i = 76.5°C时，平均温度为t半=55. 75°C；查附录六可知(内插法计算)，在55.75°C下，空气的物性为：密度p =1. 0732kg/m3,定压热容为Cp=l・ 017kJ/(kg ・ °C), 导热系数入=2.866 X 10"2W/(m- °C)，黏度|J = 1.985 X 10"5Pa s; 故冇

At = [(t出一t进)+ 1.5] = 43°C

空气流量V = 2.352R0481 = 2.352 X II0481 = 7.453m3/h 空气质最流最n】s = p V = 1.0732 X 7.453 = 7.9986kg/h 蒸汽侧壁温度Tv = (22.2E 一0.6) = 22.2 X 4.34 一0.6 = 95.748°C 由方程组

Q = njCp (t入一t出)

Q = a iAi(t w -t)