實驗4傳熱(空氣—蒸汽)綜述

1、實驗四：傳熱（空氣蒸汽）實驗一、實驗?zāi)康?1了解間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)與操作原理；2學(xué)習(xí)測定套管換熱器總傳熱系數(shù)的方法；3學(xué)習(xí)測定空氣側(cè)的對流傳熱系數(shù)； 4了解空氣流速的變化對總傳熱系數(shù)的影響。二、實驗原理對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù)，當(dāng)流體無相變時對流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的一般形式為：(4-1)對于強制湍流而言，Gr準(zhǔn)數(shù)可以忽略，故（4-2）本實驗中，可用圖解法和最小二乘法計算上述準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式中的指數(shù)m、n和系數(shù)A。用圖解法對多變量方程進行關(guān)聯(lián)時，要對不同變量Re和Pr分別回歸。本實驗可簡化上式，即取n=0.4（流體被加熱）。這樣，上式即變?yōu)閱巫兞糠匠淘賰蛇吶?shù)，即得到直線方程： &#

2、160;             （4-3） 在雙對數(shù)坐標(biāo)中作圖，找出直線斜率，即為方程的指數(shù)m。在直線上任取一點的函數(shù)值代入方程中，則可得到系數(shù)A，即：（4-4）用圖解法，根據(jù)實驗點確定直線位置有一定的人為性。而用最小二乘法回歸，可以得到最佳關(guān)聯(lián)結(jié)果。應(yīng)用微機，對多變量方程進行一次回歸，就能同時得到A、m、n。對于方程的關(guān)聯(lián)，首先要有Nu、Re、Pr的數(shù)據(jù)組。其準(zhǔn)數(shù)定義式分別為： 實驗中改變冷卻水的流量以改變Re準(zhǔn)數(shù)的值。根據(jù)定性溫度（冷空氣進、出口溫度的算術(shù)平均值）計算對

3、應(yīng)的Pr準(zhǔn)數(shù)值。同時，由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)值。進而算得Nu準(zhǔn)數(shù)值。牛頓冷卻定律： （4-5）  式中：   傳熱膜系數(shù)，W/m2·；      傳熱量，；      總傳熱面積，m2；      tm管壁溫度與管內(nèi)流體溫度的對數(shù)平均溫差，。傳熱量Q可由下式求得：      （4-6） &

4、#160;    W質(zhì)量流量，kg/h；      Cp流體定壓比熱，J/kg·；      t1、t2流體進、出口溫度，；      定性溫度下流體密度，kg/m3；      V流體體積流量，m3/s。三、實驗設(shè)備四、實驗步驟1.啟動風(fēng)機：點擊電源開關(guān)的綠色按鈕，啟動風(fēng)機，風(fēng)機為換熱器的管程提供空氣2.打開空氣流量

5、調(diào)節(jié)閥：啟動風(fēng)機后，調(diào)節(jié)進空氣流量調(diào)節(jié)閥至微開，這時換熱器的管程中就有空氣流動了。3.打開蒸汽發(fā)生器的開關(guān)：在蒸汽發(fā)生器的右側(cè)。鼠標(biāo)左鍵單擊開關(guān)，這時蒸汽發(fā)生器就通電開始加熱，并向換熱器的殼程中供汽4.打開放氣閥：排出殘余的不凝氣體，使在換熱器殼程中的蒸汽流動通暢。5.數(shù)據(jù)讀取：（1）流量計讀數(shù)：在圖中點擊孔板流量計的壓差計出現(xiàn)讀數(shù)畫面。讀取壓差計讀數(shù)。經(jīng)過換算可得空氣的流量。（2）讀取溫度：在換熱管或者測溫儀上點擊會出現(xiàn)溫度讀數(shù)畫面。（3）讀取各處溫度數(shù)值。其中溫度節(jié)點1-9的溫度為觀察溫度分布用，在數(shù)據(jù)處理中用不到。蒸汽進出口及空氣進出口的溫度需要記錄。按自動記錄可由計算機自動記錄實驗數(shù)據(jù)

6、。按退出按鈕關(guān)閉溫度讀取畫面。6.改變空氣流量調(diào)節(jié)閥開度，重復(fù)以上步驟，讀取810組數(shù)據(jù)。7.實驗結(jié)束后，先停蒸汽發(fā)生器，再?？諝狻Ｎ?、實驗數(shù)據(jù)與處理六、注意事項（1）學(xué)校的設(shè)備大都是需要用電為差計測量電流然后計算溫度的，此套設(shè)備比較先進，采用了數(shù)字顯示儀表直接顯示溫度。（2）關(guān)于排放不凝氣：如果不打開放氣閥，理論上套管內(nèi)的壓力應(yīng)該不斷增大，最后爆炸，實際上由于套管的密封程度不是很好，會漏氣，所以壓力不會升高很多，基本可以忽略。另外不凝氣的影響在實際是實驗中并不是很大，在仿真實驗中為了說明做了夸大。（3）蒸汽發(fā)生器：關(guān)于蒸汽發(fā)生器的控制和安全問題做了簡化。（4）傳熱實驗有兩個流程，另一個管內(nèi)的

7、介質(zhì)為水，原理一樣，只是流程稍有不同。七、思考題1.觀察并比較三根傳熱管的傳熱速率，說明原因 答：保溫管的傳熱速率為76.116W，裸管的傳熱速率為91.277W，汽-水套管的傳熱速率為2121.2W，因此傳熱速率：保溫管<裸管<汽水套管。保溫管的傳熱速率慢，是因為其壁較厚，而且材料的導(dǎo)熱系數(shù)小；裸管其次，是因為自然對流的條件下給熱系數(shù)很??；而汽水套管的傳熱最快，是因其為強制對流，給熱系數(shù)較大。 2.測定傳熱系數(shù)K時，按現(xiàn)實驗流程，用管內(nèi)冷凝液測定傳熱速率與用管外冷卻水測定傳熱速率哪種方法更準(zhǔn)確？為什么？如果改變流程，使蒸汽走環(huán)隙，冷卻水走管內(nèi)，用哪種方法更準(zhǔn)確？為什么？ 答：使用

8、管內(nèi)冷凝液進行熱量衡算更準(zhǔn)確，因為它只與套管進行熱量交換，而管外冷卻水還與管外空氣進行對流換熱，得到的總傳熱系數(shù)偏大。如果改變流程，冷卻水走管內(nèi)，則使用管內(nèi)冷卻水進行熱量衡算更準(zhǔn)確。 3. 汽包上裝有不凝氣排放口和冷凝液排放口，注意兩口的安裝位置特點并分析其作用。答：不凝氣排放口安裝在汽包上方，而冷凝液排放口在汽包下方。不凝氣排放口是為了排出水蒸氣中的不凝氣，防止其積累或者進入換熱管中，影響熱量衡算的準(zhǔn)確性。冷凝液排放口也有相似作用，但位置不同。 4.若將汽-水套管的冷卻水出口、入口調(diào)換，則調(diào)換前后𝑡𝑚值是否相同？ 答：不同。原實驗裝置是逆流，平均溫差大，而調(diào)換