對流給熱系數(shù)的測定(數(shù)據(jù)處理)

實驗三對流給熱系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?、觀察水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現(xiàn)象，并判斷冷凝類型；2、 測定空氣(或水)在圓直管內(nèi)強制對流給熱系數(shù)ai；3、 應(yīng)用線性回歸分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr04中常數(shù)A、m的值。4、 掌握熱電阻測溫的方法。二、基本原理在套管換熱器中，環(huán)隙通以水蒸氣，內(nèi)管管內(nèi)通以空氣或水，水蒸氣冷凝放熱以加熱空氣或水，在傳熱過程達(dá)到穩(wěn)定后，有如下關(guān)系式：VpCpVpCp(t2—-尸巒代―t)m1-1)式中： V 被加熱流體體積流量，m3/s；P 被加熱流體密度，kg/m3；Cp 被加熱流體平均比熱，J/(kg?°C)；ai——流體對內(nèi)管內(nèi)壁的對流給熱系數(shù)，W/(m2?C)；t「t2——被加熱流體進(jìn)、出口溫度，C；A.——內(nèi)管的外壁、內(nèi)壁的傳熱面積，m2；i1-2)(T-Tw)m——水蒸氣與外壁間的對數(shù)平均溫度差，1-2)(T—Tw)=(T—幾丿—(T2—幾2)m T—TTOC\o"1-5"\h\zln wLT—T2 w2(t-t)——內(nèi)壁與流體間的對數(shù)平均溫度差，C；1-3)1-3)"wlJ)-(tw2T2)t—tlnw1 1tw2—t2式中：T］、T2——蒸汽進(jìn)、出口溫度，C；T「T2、t「t2——外壁和內(nèi)壁上進(jìn)、出口溫度，C。1212當(dāng)內(nèi)管材料導(dǎo)熱性能很好，即久值很大，且管壁厚度很薄時，可認(rèn)為T]=t,，T2=t2，即為所測得的該點的壁溫。1122由式(1-3)可得：—VPCP(t2-11)A0(tw—t)m (1-4)若能測得被加熱流體的V、t「t2，內(nèi)管的換熱面積A.,以及水蒸氣溫度T,壁溫T「T2，則可通過式(1-4)算得實測的流體在管內(nèi)的(平1 2 i 1 2均)對流給熱系數(shù)a.。i流體在直管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，可按下列半經(jīng)驗公式求得：湍流時：a=0.023—Re°.8Pr0.4 (1-5)idi式中：ai 流體在直管內(nèi)強制對流時的給熱系數(shù)，W/(m2?C)；入——流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2?C)；d.——內(nèi)管內(nèi)徑，m；.Re——流體在管內(nèi)的雷諾數(shù)，無因次；Pr——流體的普朗特數(shù)，無因次。上式中，定性溫度均為流體的平均溫度，即tf=(t]+t2)/2。過渡流時：a.'=ea. (1-6)..

46x105式中：9修正系數(shù)，申二1—對流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實驗確定流體在管內(nèi)作強制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為Nu=ARemPrn....1-7)adNu=l.流體在管內(nèi)作強制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為Nu=ARemPrn....1-7)adNu=l.九其中： . ，udpRe=—i—..i卩.C卩Pr=—p.L

i入.物性數(shù)據(jù)入、C.、p.、從可根據(jù)定性溫度t查得。ipiii m的形式簡化為：經(jīng)過計算可知，對于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr.變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式.Nu=ARemPr0.4...1-8)這樣通過實驗確定不同流量下的Rei與Nu.，然后用線性回歸方法確定A和m的值。i三、實驗裝置與流程1．實驗裝置實驗裝置如圖1所示。來自蒸汽發(fā)生器的水蒸氣進(jìn)入玻璃套管換熱器，與來自水泵）的水進(jìn)行熱交換，冷凝水經(jīng)疏水器排入地溝。冷水經(jīng)渦輪流量計進(jìn)入套管換熱器內(nèi)管（紫銅管），熱交換后排出裝置外。24 2322 2120 191817圖1傳熱系數(shù)測定裝置流程圖1-可移動框架2-中間儲水箱3-液位控制浮球閥4-渦輪流量計5-水箱排水閥66-閥57-進(jìn)水口8-水泵9-腳輪10-冷凝水排放口11-冷凝水排水閥412-蒸汽進(jìn)汽口13-冷凝水調(diào)節(jié)閥214-蒸汽調(diào)節(jié)閥315-冷流體出口溫度16-蒸汽壓力表17-壁面右端溫度18-排不寧性氣體閥門19-蒸汽右端溫度20-冷流體流量調(diào)節(jié)閥121-壁面左端溫度22-蒸汽左端溫度23-排不寧性氣體閥門24-冷流體進(jìn)口溫度25-換熱外套管26-換熱紫銅管27-可視視窗2．儀表箱面板圖如2所示：圖2圖2儀表箱面板圖1-總電源指示燈2-空氣開關(guān)3-儀表電源指示燈4-儀表電源開關(guān)5-風(fēng)機(jī)電源指示燈6-風(fēng)機(jī)電源開關(guān)7-溫度巡檢儀第一通道為流體進(jìn)口溫度，第二通道為流體出口溫度，第三通道為左端蒸氣溫度，第四通道為右端蒸氣溫度2．設(shè)備與儀表規(guī)格（1） 紫銅管規(guī)格：紫銅管外徑=21mm紫銅管管厚=1.5mm（2） 外套玻璃管規(guī)格：直徑（p100X5mm,長度L=1000mm（3） 壓力表規(guī)格：0?0.1Mpa四、實驗步驟與注意事項（一）實驗步驟I、 蒸氣發(fā)生器加水,加熱,把蒸氣加熱到額定壓力下。1．打開總電源空氣開關(guān),打開儀表及巡檢儀電源開關(guān),給儀表上電。2．打開儀表臺上的風(fēng)機(jī)電源開關(guān),讓風(fēng)機(jī)工作,同時打開冷流體入口閥門。4．打開冷凝水出口閥,注意只開一定的開度,開的太大會讓換熱桶里的蒸汽跑掉,關(guān)的太小會使換熱玻璃管里的蒸汽壓力集聚而產(chǎn)生玻璃管炸裂。5．在做實驗前,應(yīng)打開冷凝水排水閥4將蒸汽發(fā)生器到實驗裝置之間管道中的冷凝水排除,否則夾帶冷凝水的蒸汽會損壞壓力表及壓力變送器。具體排除冷凝水的方法是：關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥門,打開裝置下面的排冷凝水閥門,讓蒸汽壓力把管道中的冷凝水帶走,當(dāng)聽到蒸汽響時關(guān)閉冷凝水排除閥,可進(jìn)行實驗。6．剛開始通入蒸汽時,要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥3的閥門大小開度,讓蒸汽徐徐流入換熱器中,逐漸加熱,由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)”,不得少于10分鐘,以防止玻璃管因突然受熱、受壓而爆裂。當(dāng)一切準(zhǔn)備好后，調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)口閥3的開度，把蒸汽壓力調(diào)到O.OIMpa，并保持蒸汽壓力不變。（可通過調(diào)節(jié)排不寧性氣體閥以及蒸汽進(jìn)口閥3配合來實現(xiàn)。）流量調(diào)節(jié)：（1）手動調(diào)節(jié)1：可通過調(diào)節(jié)空氣的進(jìn)口閥1手動調(diào)節(jié)空氣流流量，改變冷流體的流量到一定值，等穩(wěn)定后記錄實驗數(shù)據(jù)。記錄3到8組實驗數(shù)據(jù)，完成實驗，關(guān)閉蒸汽進(jìn)口閥與冷流體進(jìn)口閥，關(guān)閉儀表電源和風(fēng)機(jī)的電源。關(guān)閉蒸汽發(fā)生器。打開實驗數(shù)據(jù)處理軟件“對流給熱系數(shù)測定實驗”文件夾，運行“對流給熱系數(shù)測定實驗”，打開該組實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)分析處理。（二）注意事項先打開排冷凝水的閥，注意只開一定的開度，開的太大會讓換熱桶里的蒸汽跑掉，關(guān)的太小會使換熱玻璃管里的蒸汽壓力集聚而產(chǎn)生玻璃管炸裂。一定要在套管換熱器內(nèi)管輸以一定量的冷流體后，方可開啟蒸汽閥門，且必須在排除蒸汽管線上原先積存的凝結(jié)水后，方可把蒸汽通入套管換熱器中。剛開始通入蒸汽時，要仔細(xì)調(diào)節(jié)蒸汽的開度，讓蒸汽徐徐流入換熱器中，逐漸加熱，由“冷態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁釕B(tài)，”不得少于10分鐘，以防止玻璃管因突然受熱、受壓而爆裂。操作過程中，蒸汽壓力一般控制在0.02MPa（表壓）以下，否則可能造成玻璃管爆裂和填料損壞。確定各參數(shù)時，必須是在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，隨時注意惰氣的排空和壓力表讀數(shù)的調(diào)整。五、實驗數(shù)據(jù)處理

六、實驗報告1．將冷流體給熱系數(shù)的實驗值與理論值列表比較，計算各點誤差，并分析討論。2．說明蒸汽冷凝給熱系數(shù)的實驗值和冷流體給熱系數(shù)實驗值的變化規(guī)律。3.按冷流體給熱系數(shù)的模型式：Nu/Pro.4ARem。確定式中常數(shù)A及m。rV(m7h)t沛陣進(jìn)匚基（0t進(jìn)諄E二込麥（匸）T仝端攻汽溫克（匸）T右魯藝汽強克（匸）P(kg/m-3)4[kJ/〔kg*匸)]ci［w/〔甘匸）］33.066.4101.8101.61.1541.0053S.079.036.469.5102.0101.S1.1411.00545.05U.S42.172.1102.1101.S1.1211.00500.60IS.746.073.7102.0101.S1.1071.005106.14| 25.24S.274.4102.0101.81.0991.005145.S4冷/■5*匕）］P(Fa^s)氏ReFrlnReF/'4Nu/F/'40.026990.000018S25.43S172.530.7009.010.86729.330.027270.000018920.089153.360.6979.120.06532.450.027710.000019241.7914565.990.6969.590.86548.300.027900.000019449.7717974.400.6979.SO0.06557.500.02S130.000019562.9023931.150.69710.OS0.06572.69ln(N,/P/4)u(m/s)a/a.Re?ERe1E中3.386.3432.6834.571348.6111021525.810.9463.487.2236.473B.161476.60135158BB.440.9563.B811.BB55.1556.232141.27311B9773.050.9B14?051566.3167.192533.5245538801.910.9874?2920.2284.2684.933185.4576231479.510.992fl2■1七思考題（看書）崔［總以”Mf叭⑺fl2■1七思考題（看書）崔［總以”Mf叭⑺7-2120?21AZit沙華屮胸帖卩■坊同■刪丹殳3$盡入?昭圳卿那命佛3磁審聲?片湖飆卜的4必舁弛|訪“5卜#7i弘廿一 嚴(yán)?財Y魅林丄稔力做裁擊紙上作逬酪上矽遼樓為廿皿也X-化小廠』方￡二“仰f核W褫瞬血1￥K 卜?￡.1電'TFwf扎IATJtpif冬於￡20$罠#7它T j ?「■>fVj J--7P f4<v/fm■?J.-Ji1—JjjFi-;’"!fcj1-erp*'jinrt卜？￡JJjj1&<s.JPij<bIB害'Ii1r,_■F 1 hp| ?