1、空氣一蒸汽對流給熱系數(shù)測定之遲辟智美創(chuàng)作一、實驗目的.通過對空氣一水蒸氣光滑套管換熱器的實驗研究，掌 握對流傳熱系數(shù)a i的測定方法，加深對其概念和影響因素 的理解.并應用線性回歸分析方法，確定關聯(lián)式Nu=ARemPr中常數(shù)A、m的值.通過對管程內部插有螺紋管的空氣一水蒸氣強化套管 換熱器的實驗研究，測定其準數(shù)關聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強化比Nu/Nu0, 了解強化傳熱的基本理論和基本方 式.二、實驗裝置本實驗設備由兩組黃銅管(其中一組為光滑管，另一組 為波紋管)組成平行的兩組套管換熱器，內管為紫銅材 質，外管為不銹鋼管，兩端用不銹鋼法蘭固定.空氣由旋渦氣泵吹由，由旁路調節(jié)閥調節(jié)，

2、經(jīng)孔板流量計，由支路控 制閥選擇分歧的支路進入換熱器.管程蒸汽由加熱釜發(fā)生后自然上升，經(jīng)支路控制閥選擇逆流進入換熱器殼程，其冷 凝放由熱量通過黃銅管壁被傳遞到管內流動的空氣，到達 逆流換熱的效果.飽和蒸汽由配套的電加熱蒸汽發(fā)生器發(fā)生 該實驗流程圖如圖1所示，其主要參數(shù)見表1.表1實驗裝置結構參數(shù)實驗內管內徑di (mm )蒸汽溫度實驗內管外徑do (mm )實驗外管內徑Di (mm )50實驗外管外徑Do (mm )總管長(紫銅內管)L(m)丈量段長度l (m)1-光滑套管換熱器；2螺紋管的強化套管換熱器；3蒸汽發(fā)生器；4一旋渦氣泵；5一旁路調節(jié)閥；6一孔板流量計；7、8、9空氣支路控制 閥；

3、10、11蒸汽支路控制閥；12、13蒸汽放空口；15一放水口； 14液位計；16一加水口；三、實驗內容1、光滑管測定68個分歧流速下光滑管換熱器的對流傳熱系數(shù)a 1.對。1的實驗數(shù)據(jù)進行線性回歸，求關聯(lián)式Nu=ARem中常數(shù)A、m的值.2、波紋管測定68個分歧流速下波紋管換熱器的對流傳熱系數(shù)1 1.對a i的實驗數(shù)據(jù)進行線性回歸，求關聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值.四、實驗原理.準數(shù)關聯(lián)影響對流傳熱的因素很多，根據(jù)因次分析獲得的對流傳熱的準數(shù)關聯(lián)為：Nu=CRemPrnGrl(1)式中C、m、n、l為待定參數(shù).介入傳熱的流體、流態(tài)及溫度等分歧，待定參數(shù)分歧目前，只能通過實驗來確定特定范圍的

4、參數(shù).本實驗是測定空氣在圓管內作強制對流時的對流傳熱系數(shù).因此，可以忽略自然對流對傳熱膜系數(shù)的影響，則 Gr為常數(shù).在溫度變動可寫成不太年夜的情況下，Pr可視為常數(shù).所以，準數(shù)關聯(lián)式(1)Nu = CRem(2)其中：Redu V 一d450 c時，空氣的導熱系數(shù)0.02826W/(m.K)待定參數(shù)C和m可通過實驗測定蒸汽、空氣的有關數(shù)據(jù)后， 對式(2)取對數(shù)，回歸求得直線斜率和截距.mRe因此： c d.傳熱量計算努塞爾數(shù)NU或a 1無法直接用實驗測定，只能測定相關的 參數(shù)并通過計算求得.當通過套管環(huán)隙的飽和蒸汽與冷凝壁 面接觸后，蒸汽將放生冷凝潛熱，冷凝成水，熱量通過問 壁傳遞給套管內的空

5、氣，使空氣的溫度升高，空氣從管的 末端排由管外，傳遞的熱量由(3)式計算. TOC o 1-5 h z Q=WeCpc (t2-ti) = V p iCpc (t2-ti)(3)根據(jù)熱傳遞速率Q=KS Atm(4)所以KS A tm=V p iCpc ( t2 ti)(5)式中：Q 換熱器的熱負荷(即傳熱速率)，kJ/s；We 冷流體的質量流量，kg / s;V冷流體(空氣)的體積流量，m3/s;Pi 冷流體(空氣)的密度， kg/m3;K換熱器總彳熱系數(shù)，W/ (m C)；Cpc冷流體(空氣)的平均比定壓熱容，kJ/(kg K);S傳熱面積，m2;A tm蒸汽與空氣的對數(shù)平均溫度差，C.空氣

6、的流量及兩種流體的溫度等可以通過各種丈量儀表測得.綜合上面各式即可算由傳熱總系數(shù) K.傳熱膜系數(shù)的計算當傳熱面為平壁或者當管壁很薄時，總的傳熱阻力和傳熱分阻力的關系可暗示為：式中：a I 空氣在圓管中強制對流的傳熱膜系數(shù)，W/（m2 , C）;a 2 蒸汽冷凝時的傳熱膜系數(shù)，W / （m2，C）.當管壁熱阻可以忽略（內管為黃銅管而且壁厚b較薄，黃銅導熱系數(shù)人比力年夜）時，工工工工（7） TOC o 1-5 h z K 121蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)遠遠年夜于空氣傳熱膜系數(shù)，則K-。1.因此，只要在實驗中測得冷、熱流體的溫度及空氣的體 積流量，即可通過熱衡算求由套管換熱器的總傳熱系數(shù)K值，由此求無暇氣

7、傳熱膜系數(shù)a 1.努塞爾數(shù)和雷諾數(shù)的計算式中：入一一空氣導熱系數(shù)，W/ （m C）；以一空氣的粘度，Pa - s;d式一套管換熱器的內管平均直徑，m ；P 1式一進口溫度t1時的空氣密度，kg/m3.由于熱阻主要集中在空氣一側，本實驗的傳熱面積S取管子的內概況較為合理，即S=兀 dl本裝置 d=0. 0178 m, l=1 . 327m.空氣流量和密度的計算1 1.29 P-273(10)101330 273 t空氣密度p 1可按理想氣體計算：式中：Pa本地年夜氣壓,Pa ;t孔板流量計前空氣溫度，C,可取 t=t1；空氣的流量由1/4噴嘴流量計丈量，合并常數(shù)后，空氣的體積流量可由(11)式計

8、算c RV1 C0V 1 (11)式中：Co合并整理的流量系數(shù)，其值為Co=0. 001233;R噴嘴流量計的壓差計示值，mmH2O.V1空氣的體積流量,m3/ s.五、實驗把持.實驗前的準備(1)向電加熱釜加水至液位計上端紅線處.(2)檢查空氣流量旁路調節(jié)閥是否全開 .(3)檢查普通管支路各控制閥是否已翻開，保證蒸汽和空氣管路的疏通(4)接通電源總閘，設定加熱電壓，啟動電熱鍋爐開 關，開始加熱.實驗開始(1)當蒸汽壓力穩(wěn)定后，啟動旋渦氣泵并運行一段時 間，保證實驗開始時空氣入口溫度 ti (C)穩(wěn)定.(2)調節(jié)空氣流量旁路閥的開度或主閥開度，使孔板流 量計的壓差計讀數(shù)為所需的空氣流量值.(3

9、)穩(wěn)定5-8分鐘左右讀取壓差計讀數(shù)，讀取空氣入 口、由口的溫度值 3、t2 (溫度丈量可采納熱電偶或溫度 計)、空氣壓力值 pi、空氣入、由口之間壓力差P2、蒸汽溫度值t3及壓力值P3,孔板流量計讀數(shù)P4.(4)調節(jié)空氣流量，重復(3)與(4)共測6-10組數(shù) 據(jù)(注意：在空氣入、由口之間壓力差p2最年夜值與最小值之間可分為6-10段).(5)實驗過程，要盡可能保證蒸汽溫度或壓力穩(wěn)定，在 蒸汽鍋爐加熱過程(蒸汽溫度或壓力變動較年夜)不要記 錄數(shù)據(jù).實驗結束(1)關閉加熱器開關.(2)過5分鐘后關閉豉風機，并將旁路閥全開.(3)切六、實驗注意事項1、檢查蒸汽加熱釜中的水位是否在正常范圍內.特別是

10、每個實驗結束后，進行下一實驗之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過 低，應及時補給水量.2、必需保證蒸汽上升管線的疏通 .在轉換支路時，應先 開啟需要的支路閥，再關閉另一側，旦開啟和關閉控制閥 必需緩慢，防止管線截斷或蒸汽壓力過年夜突然噴生.3、必需保證空氣管線的疏通.即在接通風機電源之前， 三個空氣支路控制閥之一和旁路調節(jié)閥（見圖1所示）必需全開.在轉換支路時，應先關閉風機電源，然后開啟和關閉 控制閥.4、調節(jié)流量后，應至少穩(wěn)定 510分鐘后讀取實驗數(shù) 據(jù).5、套管換熱器中積累的熱水要及時放失落，以免影響蒸汽傳熱.七、實驗記錄及數(shù)據(jù)處置序號1234567空氣進口處密度PKg/m3空氣質量流量m2 Kg/s空氣

11、流速u m/s17空氣定性溫度t平均 定性溫度下的空氣密度p Kg/m3冷、熱流體間的對數(shù)平均溫差 t me總給熱系數(shù)K w/ m2 2. a 2理論值的計算序號1234567對流給熱系數(shù)a 2 w/ m2 - C空氣黏度V (X 10A-5Pa- s)空氣導熱系數(shù)入 W/m- K雷諾數(shù)Re普蘭特數(shù)Pr努賽爾數(shù)Nua 2 理論值 a 2 w/ m2 努賽爾數(shù)理論值Nu3. a 2理論值與實驗值比力序號1234567a 2理論值a 2實驗值a 2相對誤差誤差分析：.迪圖斯-貝爾特公式有條件范圍，而實驗數(shù)據(jù)其實不是全 在其適用范圍內，用此公式算由的Nu和a 2誤差就可能較年夜.實驗時，等候時間缺乏

12、，招致數(shù)據(jù)未穩(wěn)按時就記錄了.序號1234567ln(Nu/Pr)3ln(Re)冷流體給熱系數(shù)的準數(shù)式：Nu/Pr=APr mln(Nu/Pr)=lnA+m ln(Re)lnA=-7.9273, A=0.0256另附上原始實驗數(shù)據(jù)：廳P冷空氣熱蒸汽8M:(肅/h )進口溫度 (C)進口溫度 (C)進口溫度 (C)進口溫度 (C)15.2719.2064.20103.10103.0027.3019.5064.60102.90102.8038.9519.8065.00103.00102.90410.60P 20.3065.20103.101103.00512.3021.0065.80103.1010

13、3.00613.9022.0066.50103.10102.90715.2023.3067.20102.90102.904、對實驗結果進行分析與討論從圖像中線性回歸方程的相關系數(shù)來看，實驗數(shù)據(jù)結果不 是很準確，特別是螺紋管 .發(fā)生誤差的來源很多，讀數(shù)不穩(wěn) 定、換熱器保溫效果差、換熱器使用久了，污垢較厚，熱 流量值下降等都使結果有一定的偏差.而且在處置數(shù)據(jù)時,采納很多近似處置，而實際實驗時很多的條件其實不穩(wěn)定 在實驗過程中采納改變空氣流量來調節(jié)，可是在改變空氣 流量的同時，其他的數(shù)據(jù)也會改變，比如說空氣由口溫 度，而且在改變的過程中，要經(jīng)過一段時間空氣由口溫度 才會穩(wěn)定，而我們測定的溫度一定要是

14、這個穩(wěn)定的溫度， 所以在測定中沒有經(jīng)過足夠長的時間招致測定的溫度不是穩(wěn)定的溫度，所以實驗時要注意等候五到十分鐘待數(shù)據(jù)比力穩(wěn)按時，這樣實驗結果就比力準確 .八、思考題(1)影響傳熱膜系數(shù)的因素有哪些？答：膜的厚度，液體的物性，以及壓力溫度.還有資料的分子結構及其化學成分、資料重度、資料濕度狀況和溫度狀 況.(2)在蒸氣冷凝時，若存在不凝性氣體，你認為將會有什 么影響？應該采用什么辦法？答：對調熱系數(shù)影響很年夜，一般想法子除去，比如澳化 鋰吸收式制冷機均陪伴真空泵，具作用就是及時排除系統(tǒng) 內的不凝性氣體.1)會由于空氣中含有水分造成冰堵.冰堵不單使制冷效率下降.而且會招致系統(tǒng)停機.壓力不竭降低， 還會損壞壓縮機.2)空氣混入壓縮腔，由于空氣中含有不凝 性氣體，如氮氣.這些不凝性氣體會減少制冷劑的循環(huán)量， 使制冷量降低.3)而且不凝性氣體會滯留在冷凝器的上部管 路內，致使實際冷凝面積減小，冷凝負荷增年夜，冷凝壓 力升高，從而制冷量會降低.(3)蒸氣冷凝后，將發(fā)生冷凝水，如冷凝水不能放生，累 積后淹埋加熱銅管，你認為將會有什么影響？應該采用什 么辦法？答:1)會由于空氣中含有水分造成冰堵.冰堵不單使制冷效率下降.而且會招致系統(tǒng)停機.壓力不竭降低，還會損壞壓縮機.2)空氣混入壓縮腔，由于空氣中含有不凝性氣體，如氮 氣.這些不凝性氣體會減少制冷劑的循環(huán)量，使制冷量降 低.3)而且不凝