当前位置：文档之家 › 实验五 对流给热系数测定

实验五 对流给热系数测定

  • 格式：doc
  • 大小：92.00 KB
  • 文档页数：4

5 对流给热系数测定

5.1 实验目的

（1） 测定水蒸汽在圆直水平管外冷凝给热系数α0及冷流体(空气或水)在圆直水平管内的强制对流给热系数αi。

（2） 观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况（膜状冷凝和滴状冷凝）。

5.2实验原理

5.2.1. 串联传热过程

冷流体（空气和水）与热流体水蒸汽通过套管换热器的内管管壁发生热量交换的过程可分为三步：

○1套管环隙内的水蒸汽通过冷凝给热将热量传给圆直水平管的外壁面(A0)；

○2热量从圆直水平管的外壁面以热传导的方式传至内壁面(Ai)；

○3内壁面通过对流给热的方式将热量传给冷流体(Vc)。

在实验中，水蒸汽走套管换热器的环隙通道，冷流体走套管换热器的内管管内，当冷、热流体间的传热达到稳定状态后，根据传热的三个过程、牛顿冷却定律及冷流体得到的热量，可以计算出冷热流体的给热系数（以上是实验原理）。

（以下是计算方法）传热计算公式如下：

Q=α0A0( T–Tw)m= αiAi( tw–t)m=VcρcCpc(t2-t1) (1)

由（1）式可得：

mwpcccTTAttCV)()(0120 (2)

mwipcccittAttCV)()(12 (3)

式（2）中，( T–Tw)为水蒸汽温度与内管外壁面温度之差， 式（3）中，( tw–t)为内管内壁面温度与冷流体温度之差。由于热流体温度T、内管外壁温Tw、冷流体温度t及内管内壁温tw均沿内管管长不断发生变化，因此，温差( T–Tw) 和( tw–t)也随管长发生变化，在用牛顿冷却定律算传热速率Q时，温差应分别取进口（1）与出口（2）处两端温差的对数平均值( T–Tw)m

和( tw–t)m，方法如下：

22112211ln)()()(wWWwwTTTTTTTTTT （4）

22112211ln)()()(ttttttttttwwwwmw （5）

当套管换热器的内管壁较薄且管壁导热性能优良（即λ值较大）时，管壁热阻可以忽略不计，可近似认为管壁内、外表面温度相等，即Tw1=tw1, Tw2=tw2。

因此，只要测出冷流体的流量Vc、进出口温度t1和t2、水蒸汽进出口温度T1和T2、内管壁温Tw1和Tw2，根据定性温度查出冷流体的物性ρc和Cpc，再计算出内管的内、外表面积Ai和A0，根据公式(2)和(3)就可计算出水蒸汽的冷凝给热系数α0及冷流体的对流给热系数αi。

5.2.2. 给热系数的经验公式

Nusselt利用数值积分法求得纯净蒸汽在水平圆管外表面膜状冷凝平均给热系数的半经验公式：

25.00320)(725.0wsttdg （6）

式（6）中，蒸汽冷凝潜热γ为饱和蒸汽温度ts下的数据，壁温tw取进、出口壁温的平均值(tw1+ tw2)/2，冷凝液物性ρ、λ、μ取液膜温度(ts+tw)/2下的数值。因此，只要测出套管换热器内管的外径d0, 就可算出蒸汽冷凝给热系数α0。

对低粘度的液体在圆形直管内的呈湍流流动且被加热时，其对流给热系数可采用Dittus-Boelter关联式：

4.08.0023.0piiiCudd （7）

式（7）中的冷流体的物性λ、μ、ρ、Cp为冷流体在管内进、出口温度的算术平均值（t1+t2）/2所对应的数据，流速u为冷流体体积Vc流量除以管内径di计算的截面积。

5.3实验流程与装置

本实验装置由蒸汽发生器、LWQ—25型涡轮流量变送器、变频器或PS电动调节阀、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。其实验装置流程和实验控制柜面板如图5-1、5-2所示。

图5—1 水蒸气～水（或空气）对流给热系数测定实验流程图

1、水泵或旋涡气泵 2、蒸气发生器 3、4、旁路阀 5、电动调节阀 6、蒸汽总阀

7、蒸气调节阀 8、9、冷凝水排放阀 10、水或空气流量调节阀11、惰性气体排放阀

水蒸气—水体系：来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自高位槽的水进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷水经电动调节阀和LWY—15型涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后进入下水道。水流量可用阀门调节或电动调节阀自动调节。

2）设备与仪表规格

（1）紫铜管规格：直径φ16×1.5mm，长度L=1010mm；

（2）外套玻璃管规格：直径φ112×6mm，长度L=1010mm；

（3）旋涡气泵：XGB—12型，风量0～90m3/h，风压12kPa；

（4）压力表规格：0～0.1Mpa。

（5）电动调节阀：PS

（6）涡轮流量计：LWY—15

图5—2水蒸气～水体系对流给热系数测定实验控制柜面板图

水蒸汽自蒸汽发生器○2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水由阀○9、阀○8排入水沟。

冷流体水依次经过阀○4或电动调节阀○5、涡轮流量计○13、水或空气流量调节阀○10进入套管换热器的内管，被加热后排入下水道或放空。 黄 总电源开关 绿 红

FUSE FUSE FUSE

电动调节阀

电源开 关 巡检仪电源开 关 仪表电源开 关

温度、压力巡检仪

01—进口管壁温度1

02—进口管壁温度2

03—进口管壁温度3

04—出口管壁温度1

05—出口管壁温度2

06—出口管壁温度3

07—蒸汽I温度

08—蒸汽II温度

09—水进口温度

10—水出口温度

11—套管内蒸汽压力 流量手/自动控制仪 智能流量积算仪（m3/h） 5.4 操作步骤

5.4.1 水~水蒸汽系统

1. 开启电源。依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。

2. 启动旋涡气泵○1, 调节手动调节阀○10使风量最大。

3. 排蒸汽管道的冷凝水。打开阀○9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小阀○8，注意阀○8不能开得太大，否则蒸气泄漏严重。

4. 调节蒸汽压力。打开阀○6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，蒸汽开始流入套管环隙并对内管的外表面加热，控制蒸汽压力稳定在0.02MPa, 不要超过0.05MPa，否则蒸汽不够用。

5. 分别测定不同流量下所对应的温度。当控制面板上的巡检仪显示的11个温度、压力数据及智能流量积算仪上显示的空气流量稳定后，记录下最大空气流量下的全部的温度、压力、流量数据。然后再调节阀○6，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的稳定的温度和压力数据，这样总共有3个实验点。

6. 实验结束后，关闭蒸汽阀○7和阀○6，关闭仪表电源及总电源。

5.4.2 空气~水蒸汽系统

操作步骤、方法基本水~水蒸汽体系一样，只是冷流体由冷水改为空气，实验点仍然取3个。

5.5 实验报告

1. 将冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论。

2. 说明蒸汽冷凝给热系数的实验值和冷流体给热系数的实验值和对流体给热系数实验值的变化规律。

合集下载

对流给热系数测定实验报告

对流给热系数测定实验报告

对流给热系数测定实验报告

实验名称:

对流换热系数的测量实验

一、实验目的

1.测量圆形水平直管外的水蒸气凝结换热系数α0和圆形水平直管内冷流体（空气或水）的强制对流换热系数αi

2.观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况。3掌握热电阻测温方法。

4掌握计算机自动控制和流量调节的方法。

5了解涡轮流量传感器和智能流量积算仪的工作原理和使用方法。6了解电动调节阀压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。7掌握化工原理实验软件库的使用。

二、 实验装置流程图及实验流程简述

2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水蒸汽自蒸汽发生器○

9.阀门○ 8号污水排入沟渠。水从阀门流出○

4或电动调节阀○5、12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○冷流体水或来自由变频器○

13.10进入套管式热交换器、涡轮流量计的内管○ 水或空气流量调节阀○ 加热后排入下水道或通风口。

三、简述实验操作步骤及安全注意事项

空气-蒸汽系统

1.开启电源。依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。

1.调整手动调节阀○ 10以最大化空气量。2.启动涡流空气泵○

9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小3.排蒸汽管道的冷凝水。打开阀○

8.注意阀门○ 8不能开得太大，否则会有严重的蒸汽泄漏。阀门○

6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，4.调节蒸汽压力。打开阀○ 蒸汽开始流入套管环空，并加热内管的外表面。控制蒸汽压力稳定在0.02MPa，不超过

0.05mpa，否则蒸汽不够用。

5.测量不同流量下的相应温度。当巡检仪在控制面板上显示的11个温度、压力数据和智能流量积算仪显示的空气流量稳定时，记录所有温度、压力

实验五 空气_蒸汽对流给热系数

实验五 空气_蒸汽对流给热系数

实验五 空气——蒸汽对流给热系数的测定

1、实验数据记录及处理

蒸汽压强P=0.03MPa

表1 原始数据记录

冷流体进口温度t1℃ 冷流体出口温度t2℃ 蒸汽进口温度T1℃ 蒸汽出口温度T2℃ 空气流量qv（m3/h）

53.9 82.5 102.5 103.1 21.5

53.7 82.8 102.5 103.2 17.5

53.5 83 102.5 103.1 15

51.8 83.1 102.3 103 10

49.9 82.9 102.4 103.1 7.5

47.6 82.5 102.4 103.2 5

表2 冷流体特性参数

空气流速u（m/s） 对数平均温度差Δt 冷流体平均温度 空气密度ρ(Kg/m3) 空气质量流量qm（Kg/h) 空气黏度μ(Pa/s)×10-5 空气的导热系数λ（W•m﹣¹•K﹣¹)

29.7 32.4 68.2 1.0781 23.18 2.0486 2.98E-02

24.2 32.3 68.25 1.0788 18.88 2.0488 0.0298

20.7 32.2 68.25 1.0795 16.19 2.0488 0.0298

13.8 32.6 67.45 1.0853 10.85 2.0451 0.0297

10.4 33.6 66.4 1.092 8.19 2.0401 0.0296

6.9 34.7 65.05 1.1001 5.5 2.0337 0.0295

表3 特征数关联式的确定

努赛尔数Nu 雷诺数Re Pr Pr 总传热系数K（W•m﹣²•K﹣¹） lɡ(Nu/Pr0.4) lɡRe

61.26 25008 0.694

0.695 114.1 1.85 4.4

对流换热系数的的测定方法

对流换热系数的的测定方法

WORD格式整理

专业资料 值得拥有

对流换热系数测定方法

姓 名：乔 迈

指导教师：罗 翔

学 号：SY1004319

WORD格式整理

专业资料 值得拥有

对流换热系数测定方法

一、前言

具有初始温度T的物体，被突然置于有确定温度的流场中，该物体与流场构成一个非稳态的换热体系。在这个非稳态换热体系中，包含着两个传热环节：一个是物体内部的导热；另一个是流体于物体边界的对流换热。其中影响对流换热的关键参数就是对流换热系数。

对流换热系数是求解伴有表面对流换热的热传导问题的重要参数之一。

直接测定对流换热系数的方法分为稳态法与瞬态法。稳态法对实验条件要求苛刻,实验周期长，误差大。瞬态法由于实验周期短，误差小，近年来被广泛运用于对流换热系数测量实验，通常所说的瞬态法是通过瞬时提高来流温度或者壁面温度来达到温度阶跃，测量窄幅热色液晶显色时间，通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到测量表面的对流换热系数。实验中要达到温度的阶跃通常不容易实现，只能是近似阶跃，需要进行逐级阶跃或者指数函数进行修正。这种处理方式可以近似解决入口温度非阶跃响应问题。但是如果实验中存在涡流,采取突然提高来流温度的方法，并不能确定涡流温度随时间的变换曲线，对实验结果造成很大的误差。为了解决上述问题，本文总结提出了一种测定对流换热系数的新方WORD格式整理

专业资料 值得拥有 法，此方法是以传热学中非稳态导热求解法中的数学分析法集总参数分析法为基础设计的特定环境下的对流换热系数测定方法，本文全面分析了各因素对对流换热系数精度的影响并进行了定量分析此方法简便可靠在一般条件下误差不超过1.6%。

热传导热对流和热辐射一般情况下并不是独立存在的，热传导时常伴有表面对流换热。本文研究的是零件内非等温场及其变形的研究的一部分内容，其中的热传递现象是导热对流系统，为了确定零件内的非等温场，表面对流换热系数h是必需的参数之一，本文采用了实验法以求得此参数。传统的实验法是以确定准则方程式的函数关系为主要内容，若采用传统的方法就显得过于复杂。因此设计了这种以集总参数分析法为基础的对流换热系数的测定方法即把导热体看成集总体，使得导热体的温度T只是时间t的函数，对特定环境条件下对流换热系数的获得提供了一种方便有效的方法

空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案

空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案

空气—蒸汽对流给热系数测定

一、实验目的

⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。

⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。

二、实验装置

本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。

表1 实验装置结构参数

实验内管内径di（mm） 16.00

实验内管外径do（mm） 17.92

实验外管内径Di（mm） 50

实验外管外径Do（mm） 52.5

总管长（紫铜内管）L（m） 1.30 测量段长度l（m） 1.10

化工原理实验 对流传热实验

3

图1 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图 孔板流量计测量空气流量 空气压力 蒸汽压力 空气入口温度 蒸汽温度

空气出口温度 1— 光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵；

5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀；

12、13—蒸汽放空口； 15—放水口；14—液位计；16—加水口；

三、实验内容

1、光滑管

①测定6～8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数α1。