試驗4傳熱試驗

1、實驗4傳熱實驗（I ）換熱系數(shù)K的測定一、實驗?zāi)康?,測定單殼程單管程列管式換熱器的總傳熱系數(shù)K;2.學(xué)會傳熱過程的調(diào)節(jié)方法。二、基本原理.傳熱速率方程式工業(yè)上大量存在的傳熱過程 （指間壁式傳熱過程） 都是由固體內(nèi)部的導(dǎo)熱及各種流體與 固體表面間的給熱組合而成。傳熱過程的基本數(shù)學(xué)描述是傳熱速率方程式和熱量衡算式。熱流密度q是反映具體傳熱過程速率大小的特征量。對 q的計算，需要引入壁面溫度， 而在實際計算時，壁溫往往是未知的。為實用方便，希望能避開壁溫，直接根據(jù)冷、熱流體的溫度進(jìn)行傳熱速率的計算。在間壁式換熱器中，熱量習(xí)慣地由熱流體傳給壁面左側(cè)、再由壁面左側(cè)傳導(dǎo)至壁面右側(cè)、最后由壁面右側(cè)傳給冷流

2、體。在定態(tài)條件下，并忽略壁面內(nèi)外的差異， 則各環(huán)節(jié)的熱流密度相等，即Q T -TwTw -twtw -t(4-1)由（4-1）式可以得到T -tq=XT推動力阻力(4-2)由上式，串聯(lián)過程的推動力和阻力具有加和性。在工程上，上式通常寫成:式中Q = KA(T -t)(4-3):hK =111+ +(4-4)比較 （4-1）和式（4-2）兩式可知，K則同冷、熱流體的溫差相聯(lián)系。 由式（4-4）為傳熱過程總熱阻的倒數(shù)，稱為傳熱系數(shù)。 給熱系數(shù)A同流體與壁面的溫差相聯(lián)系，而傳熱系數(shù)于冷流體的溫度差沿加熱面是連續(xù)變化的，且此溫度差與冷、熱流體的溫度成線性關(guān)系，故將（4-3）式中（T-t）的推動力用換熱

3、器兩端溫差的對數(shù)平均溫差來表示，即(4-5)(4-6)Q = KA tm2,熱量衡算方程式Q =qmcCpc(t2 L) =qmhCph(T1 -丁2).傳熱過程的調(diào)節(jié)在換熱器中，若熱流體的流量 qmh或進(jìn)口溫度T1發(fā)生變化，而要求出口溫度 T2保持原 來數(shù)值不變，可通過調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)流量來達(dá)到目的。但是這種調(diào)節(jié)作用不能單純地從熱量衡算的觀點理解為冷流體的流量大帶走的熱量多，流量小帶走的熱量小。根據(jù)傳熱基本方程式，可能來自 珀的變化，也可能來自 K的變化，而多數(shù)是又兩者共同引起的。如果a ca h ,調(diào)節(jié)qmc, K基本不變，調(diào)節(jié)作用主要靠tm的變化。如果aCah或a c= a h,調(diào)節(jié)qmc將

4、使 tm和K皆有較大變化，此時過程調(diào)節(jié)是兩者共同作用的結(jié)果。.實驗裝置的建立依據(jù)將（4-5）和（4-6）式聯(lián)立，則(4-7)KAtm = qmcC pc (t2 - t1 )其中；：tm(4-8)qmc C pc (t2 - L )K =A tm（4-9）若實驗物系選定水與熱空氣，由（4-8） （4-9）式告訴我們，實驗裝置中需要確定的參數(shù)和安裝的儀表有：A 一由換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)而定；qmc 一測冷流體的流量計；tl、t2 測冷流體的進(jìn)、出口溫度計；T1、T2測熱流體的進(jìn)、出口溫度計；Cpc 測熱流體的進(jìn)、出口溫度計；將以上儀表、換熱器、氣源、及管件閥門等部件組建即可得到實驗裝置。二.實驗裝置

5、圖（略）三.實驗步驟.先開冷卻水流量計閥門；.在啟動風(fēng)機(jī)前關(guān)閉空氣流量計閥門，然后依次打開空氣流量計閥門、打開加熱電源， 使加熱電壓調(diào)至60 V;.待t2和T2穩(wěn)定不變10 min ,讀取原始數(shù)據(jù)。四.原始數(shù)據(jù)記錄. 一次性原始數(shù)據(jù)管長 L=290mm, 管程數(shù)N=2,管徑d內(nèi)=10,管數(shù) n=14,管壁厚S=1mm,換熱器內(nèi)徑D=70mm,擋板三塊，螺紋管增面系數(shù)3=2.614.原始數(shù)據(jù)表序號qvc / L.h-1qvh /L.h-1t1 /里T1ZT/C1789五、思考題.影響總傳熱系數(shù) K的因素有哪些？.在本實驗條件下，進(jìn)一步地提高冷卻水的用量，是否能達(dá)到有效強(qiáng)化傳熱過程的目 的？.影響

6、傳熱膜系數(shù)a的因素有哪些？使用 a的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式時要注意些什么?(n)強(qiáng)制對流下空氣傳熱膜系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?.測定套管式換熱器的總傳熱系數(shù)K;2.比較圓形光滑管和螺紋管強(qiáng)化傳熱效率；測定圓形直管內(nèi)傳熱膜系數(shù)a ,并學(xué)會用實驗方法將流體在管內(nèi)強(qiáng)制對流時的實驗數(shù)據(jù)整理成包括傳熱膜系數(shù)a的準(zhǔn)數(shù)方程式；了解并掌握熱電偶和電位差計的使用及其溫度測量。二、基本原理.測定傳熱系數(shù)K根據(jù)傳熱速率方程式Q=KAAtmQK 二A：tm實驗時，若能測定或確定 Q、Atm和A,則可測定K.(1)本實驗的測定流過套管環(huán)隙的蒸汽加熱流過內(nèi)管的空氣時傳熱系數(shù) 損失的條件下，則Q = qmhh - QmcC pc(t2

7、- t1)式中：qmh 蒸汽冷凝液的質(zhì)量流量，kg/s;qmc 空氣的質(zhì)量流量，kg/s;r h 一蒸汽冷凝潛熱，J/kg;Cp c 一 空氣的定壓比熱，J/(kg K)；t 1、t2一空氣的進(jìn)、出口溫度，C。傳熱速率Q按空氣的吸熱速率計算.空氣的質(zhì)量流量由孔板流量計算測量其體積流量后由下式確定: qmc = :qvc 八2gR(：0 - ：)qv -CoA0、：式中：qV -空氣體積流量，m3/s；C0 空氣體積流量，孔流系數(shù)，此處Co=0.855;A。三Ao 一孔板流量計小孔截面積，m；4 ；d0 孔徑，m,此處 d0=0.023 m；P 流量計前空氣的密度，kg/m ;3P 0 壓差計指

8、不披號度，kg/m ;R 壓差計指示值， m?？諝獾拿芏瓤砂蠢硐霘怏w計算：*.293 . R 273101325 273 t式中：Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮?，Pa;(4-10)Ko在不考慮熱(4-11)(4-12)(4-13)(4-14)t 一孔板流量計前空氣溫度，C,可取t = t1；R 流量計前空氣的表壓，Pa。(2)傳熱推動力Atm：(3)傳熱面積:上兩式中：T蒸汽溫度,tmt2 -tllnT-tT - t2A=兀 d LK;(4-15)(4-16)L一傳熱管長度，m；d一傳熱管外徑，m。溫度的測量：本實驗用銅-康銅熱電偶測定溫度，玻璃溫度計作監(jiān)測熱電偶用，本裝置的熱電偶通過標(biāo)定可用下式計算其溫度:

9、341.557 101.608 10 一 Et8.04 10 上-490.825(4-17)1.4997 10，1.5108 10“ Et7.554 10-5 1 56(4-17a)式中：t 一熱電偶工作端溫度，C,熱電偶冷端溫度為0C,即冰水混合液溫度;Et tC時的電位差值， mV,電位值由UJ36型直流電位差計測得，t值亦可從Et曲 線上直接讀取。.測定傳熱膜系數(shù)a在蒸汽一空氣換熱系統(tǒng)中，若忽略管壁與污垢的熱阻，則總傳熱系數(shù)K與傳熱膜系數(shù)a的關(guān)系為：K 1：2(4-17)式中：a 1管壁對空氣的傳熱膜系數(shù)，W/(m 2 K);a 2 蒸汽對管壁的傳熱膜系數(shù)，W/( m 2 K).由于蒸汽

10、冷凝傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)大于管壁對空氣的傳熱膜系數(shù)，即“2”1。K = a 1(4-18).求a與Re的定量關(guān)系式由因次分析法可知，空氣的圓形直管中強(qiáng)制湍流時的傳熱膜系數(shù)符合下列準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式：Nu = ARen(4-19)(4-19a)式中：入一定性溫度下空氣的傳熱系數(shù),u 一空氣的流速,m/s;P 一空氣的密度，kg/m3;一 空氣的粘度，kg/(m - s);A、n待定系數(shù)及指數(shù).本實驗通過調(diào)節(jié)空氣的流量，測得對應(yīng)的傳熱膜系數(shù)，然后，將實驗數(shù)據(jù)整理為Re及Nu,再將所得的一系列 NuRe數(shù)據(jù)，通過用雙對數(shù)坐標(biāo)紙作圖或回歸分析法得測定系數(shù)A和指數(shù)n,進(jìn)而得到傳熱膜系數(shù) a與Re的經(jīng)驗公式。三、裝置與流

11、程(略)四、操作步驟1.向蒸汽發(fā)生器內(nèi)加自來水，水位升至水位計的上紅線后，供電并打開該裝置的放氣 閥以排出不凝性氣體。.待水沸騰后斷開一組或兩組電加熱器并調(diào)整好溫度控制器的溫度（一般不大于 135C）。.經(jīng)上述步驟確認(rèn)正常后，方可投入正常運行。.在運行期間，水位必須在上、下紅線之間，若水位低與下紅線則應(yīng)停電，打開放氣 閥降壓并重新加水至上紅線，再按上述步驟操作。使用過程中嚴(yán)禁超溫、超壓操作。.固定某一額定蒸汽壓（一般為 0.1MPa）啟動風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)空氣流量從大到小或相反， 測定68組數(shù)據(jù)（穩(wěn)定510分鐘后，調(diào)一次流量），流量間隔應(yīng)取適當(dāng)，以便于作圖時實 驗點在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上分布均勻。在操作過程中間隔打開放氣閥，以排除不凝性氣體。.檢查實驗數(shù)據(jù)是否完整，經(jīng)指導(dǎo)老師同意后，按以下步驟停止實驗：切斷電源； 切斷電位差計與流程的聯(lián)系；打開套管環(huán)隙的排氣閥排氣；停風(fēng)機(jī)；清理實驗儀器。五、實驗記錄與數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄參見表4-2.表4-2測定a的數(shù)據(jù)記錄表管內(nèi)徑： mm管長：m；流量系數(shù):室溫:一C序號流量計示值計前表壓溫度示值計算結(jié)果R/mmqv/m3.s-1P表蒸汽空氣進(jìn)口空氣出口ReNummPamVCmVCmVC12345678六、實驗報告.將原始實驗數(shù)據(jù)列成表格；.根據(jù)實驗結(jié)果，將空氣的傳熱膜系數(shù)整理成Nu-Re的準(zhǔn)數(shù)方程。七、思考題.為什么要整理成 Nu-