空氣—蒸汽對流給熱系數(shù)測定實驗報告及數(shù)據(jù)、答案

1、空氣一蒸汽對流給熱系數(shù)測定一、實驗?zāi)康? .通過對空氣一水蒸氣張滑套管換熱器的實聆研究，掌樨對流傳熱系數(shù)a由測定方法, 加深對其祗念和影閑因素的理解。并應(yīng)用線性回H分所方法，磁定關(guān)聯(lián)式也小面戶尸中常 數(shù)46的值。2 .通過對管程內(nèi)部插有領(lǐng)紋管的空氣一水蒸氣輕化套管換熱器的實舞研究，測定其選 數(shù)關(guān)聯(lián)式也/=8面中常數(shù)8、6的值和強(qiáng)化比/I4MI必，了解僵化傳熱的基本理論和基本方式。 二、實驗裝置本實盼設(shè)備由兩組黃銅管（其中一組為光滑管，另一組為波紋管）組成半斤的兩組套 管換熱器，內(nèi)管為紫銅H質(zhì)，外管為不銹M管，兩端用不銃綱法蘭固定。空氣由旋渦氣泵收 出，由旁相調(diào)節(jié)附調(diào)節(jié)，經(jīng)孔板潦量計，由支路控制

2、冏威擇不同的支珞進(jìn)入換熱器。管程蒸 汽由加熱釜發(fā)生后自然上升，經(jīng)支招控制冏選擇逆潦進(jìn)人換熱器殼程，具冷源放出熱量通過 黃銅管壁被傳遞到管內(nèi)流動的空氣，達(dá)到逆潦換熱的效果。亮和蒸汽由配套的電加熱蒸汽發(fā) 生器產(chǎn)生。該實助流程圖如圖1所示，其主要參數(shù)見表1。表1尖殿裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)實盼內(nèi)管內(nèi)徑（mm）16.00實盼內(nèi)管外徑&（mm）17.92實照外管內(nèi)徑（mm）50實盼外管外徑乙（mm）52.5總管長（紫銅內(nèi)管）/（m）1.30測量段長度/（m）1.10總結(jié)資料121-光滑套管換熱器；2|紋管的曹化套管換熱器；3-藜河發(fā)生器；4一旋漏氣泵;5-旁,調(diào)節(jié)附；6一孔板流總計；7、8、9-空氣支,控制

3、附；10、11 一蒸汽支路控制圈;12、13-蒸汽放空口； 15-放水口； 14 一液位井；16一加水口;三、實驗內(nèi)容1、光滑管必定68個不同流速下光翁管換熱器的對流傳熱系數(shù)。對m的實盼數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，求關(guān)聯(lián)式/!/乂朋中常數(shù)46的值。2、波紋管國定68個不同流速下波紋管換熱器的對流傳熱系數(shù)喇m的實盼數(shù)據(jù)進(jìn)行線性UH,求關(guān)聯(lián)式"=8/?夕中常數(shù)8、6的值。u>、實盼原理1 .準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)題響對流傳熱的回索很多，根裾因次分析殍到的對流傳熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)為：NuReTrGr1(1 )式中C、m、n、I為待定參數(shù)。參加傳熱的流體、流態(tài)及溫度等不同，恃定參數(shù)不同。目前，只能通過實盼來確定特定

4、 范圍的參數(shù)。本實盼是測定空氣在圓管內(nèi)作輕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力常數(shù)。在溫度變化不太大的情況下，Pr可視為常數(shù)。所 以，準(zhǔn)數(shù)關(guān)取式(1 )可寫成Nu = CRem( 2 )其中:r° =細(xì)=22Nu = , 50時，空氣的導(dǎo)熱系數(shù) = 0.02826W/(m.K)2R尸所因此：a=cA d待定參數(shù)Cfflm可通過實盼測定蒸汽、空氣的有關(guān)數(shù)據(jù)后，對式(2)取對數(shù)，回H求得 直線斜率和截距。2 .傳熱量計算臀塞爾致Nu或on無法直接用實驗測定，只能測定相關(guān)的參數(shù)并通過計算求得。當(dāng)通過 套管環(huán)隙的兔和蒸汽與冷混壁面接觸后，蒸汽將放出冷灌

5、潛熱，i令囂成水，熱量通過間壁傳 遞給套管內(nèi)的空氣，便空氣的溫度升高，空氣從管的末端排出管外，傳遞的熱量由(3)式 itSoQ = WeCpc ( tz - ti ) = V P iCpc ( tz - ti )( 3 )根據(jù)熱傳遞速率Q = KSAtm(4)所以KSAtm=VpiC« (ta-ti)(5)式中：Q一換熱器的熱負(fù)荷(電傳熱邃率)，kJ/s；We冷流體的質(zhì)量流量，kg/s；V冷流體(空氣)的體根流量，m3/s；pl冷流體(空氣)的密度，kg/m3；K一換熱器總傳熱系數(shù)，W/ ( m2 t )；Cpc-冷流-(空氣)的平均比定壓熱容,kJ/ ( kg K )；S一傳熱而枳

6、，m2； tm一蒸汽與空氣的對數(shù)平均溫度差，空氣的說量及兩件流體的溫度等可以通過各種測量儀表酒得。券臺上而各式即可算出傳 熱總系數(shù)K。3 .傳熱膜系數(shù)的計算當(dāng)傳熱而為平壁或者當(dāng)管壁很薄時，總的傳熱阻力和傳熱介阻力的關(guān)系可表示為：11b 1(6)-11K 4 4 %式中：g空氣在同管中強(qiáng)制對流的傳熱腹系數(shù)，W/ (m2-)；a?一蒸汽冷凝時的傳熱底系數(shù)，W/ (m2-X)o當(dāng)管壁熱陽可以忽略(內(nèi)管為黃銅管而且壁厚b較薄，黃制導(dǎo)熱系數(shù)人比較大)時,1111(7)14K a a2 %蒸汽冷源傳熱膜系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣傳熱服系數(shù)，«K«a1o因此，只要在實驗中瀏得冷、 熱流體的溫度及空

7、氣的體根流量，班可通過熱笛算求出套管換熱器的總傳熱系數(shù)Kffi,由此 求得空氣傳熱膜系數(shù)值。4 .努塞爾數(shù)和雷諾數(shù)的計算心=蛔=山='(8)44ad Kd VpR(hQdNu = (9)義 A 4SM式中：A空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/ (m- t )；口一空氣的拈度，Pa-s；d一套管換熱器的內(nèi)管平均直徑，m；Pi一進(jìn)口溫度i時的空氣密度,kg/m30由于熱阻主要集中在空氣一同，本實盼的傳熱面積S取管子的內(nèi)表面較為合理，即5 = irdl本裝置d=0. 0178 m, 1=1. 327mo5.空氣說量和密度的計算空氣密度Pl可按理想氣體計算:8=129Pp y 273101330 X273 +

8、 r(10)式中：5 當(dāng)?shù)卮髿鈮海琍a ；t孔板流量計前空氣溫度，弋，可取t=h;空氣的流量由1/4%嘴流量計測量，合并常數(shù)后，空氣的體枳流量可由(11 )式計算11 1)式中:Co合并整理的流量系數(shù)，其值為Co=O. 001233；RR嘴流量計的壓差計示值,mmH20oVi一空氣的11枳流量，m3/s0五、實驗操作12 實驗前的準(zhǔn)備(1)向電加熱釜加水至液位計上端紅線處。(2)檢查空氣流星旁路調(diào)節(jié)冏是否全開。(3)檢查普通管支珞各控制冏是否已打開，保訐蒸汽和空氣管路的通。(4)接通電源總忖，設(shè)定加熱電壓，后動電熱捐爐開關(guān)，開始力II熱。13 實盼開始(1)當(dāng)蒸汽壓力穩(wěn)定后，啟動旋洶氣泵并運行

9、一段時間，保證實盼開始時空氣人口溫1用熱系效K的計算gr,（七）律定。（2）調(diào)節(jié)空氣流量旁路陽的開度或主附開度，便孔板流量計的壓差計讀數(shù)為所需的空 氣流量值。（3）穩(wěn)定5-8分仲左右讀取壓差計讀數(shù)，讀取空氣人口、出口的溫度值。、6（溫度測量可采用熱電偶或溫度計）、空氣壓力值6、空氣人、出口之間壓力差比、蒸汽溫度值b 及壓力值。3,孔板流量計讀數(shù)”。（4）調(diào)節(jié)空氣流量，垂復(fù)（3）與（4）共測6-10組數(shù)據(jù)（注意：在空氣人、出口之 間壓力差P2最大值與最小值之間可分為6-10段）。（5）實盼過程，要盡可能保證蒸汽溫度或壓力穩(wěn)定，在蒸汽用爐加熱過程（蒸汽溫度 或壓力變化較大）不要記錄數(shù)據(jù)。14 實盼

10、結(jié)束（1 ）關(guān)閉加熱器開關(guān)。（2）過5分鐘后關(guān)閉被貝機(jī)，并招旁洛陽全開。（3）切斷總電源。大、實能注意事項1、檢查蒸汽加熱釜中的水便是否在正常范圍內(nèi)。特別是每個實盼結(jié)束后，退行下一實 盼之前，如果發(fā)現(xiàn)水位過低，應(yīng)及時補(bǔ)給水量。2、通旗保證蒸汽上升管線的崎通。在轉(zhuǎn)換支招時，應(yīng)先開啟需要的支路附，再關(guān)閉另 -IP,且開房和關(guān)閉控制陽必須緩慢，防止管線截斷或蒸汽壓力過大突然噴出。3、必須保證空氣管線的暢通。即在撥通風(fēng)機(jī)電源之前，三個空氣支路控制網(wǎng)之一和旁 路調(diào)節(jié)陽（見圖1所示）必須全開。在轉(zhuǎn)換支路時，應(yīng)先關(guān)閉貝機(jī)電源，然后開啟相關(guān)閉控 制附。4、調(diào)節(jié)流量后，應(yīng)至少穩(wěn)定510分算后讀取實盼數(shù)據(jù)。5、套

11、管換熱器中枳累的熱水要及時放種，以免的啾蒸汽傳熱。七、實驗紀(jì)錄及數(shù)據(jù)處理印號1234567空氣進(jìn)口處密度p Kg/m31.2091.2081.2061.2041.2021.1971.192空氣質(zhì)量流量m2 Kg/s0.00190.00240.0030.00350.00410.00460.005空氣流速u m/s7.9810.0912.3714.561719.2121.01空氣定性溫度t平均C41.742.0542.442.7543.444.2545.25定11溫度下的空氣密度p' Kg/m31.2131.121.1191.1181.1151.1121.108冷、熱液體間的對數(shù)平均溫差t

12、mC58.557.9157.6357.4256.7455.8546.08總給熱系數(shù)Kw/M 七29.8437.4247.154.7964.8173.3895.362.加理坨值的計算F?號1234567對流給熱系數(shù)a2w/MC29.8437.4247.154.7964.8173.3895.36空氣黏度 u (x10A-5Pa-s)1.9221.9241.9251.9251.931.9341.939空氣導(dǎo)熱系融入W/m-K0.02730.02770.02780.02780.02780.02750.028雷諾數(shù)Re8058.0569397.75511505.06413529.83315713.991

13、7672.40519209.413普蘭特效Pr0.70760.69810.70.70.6970.70690.6966努賽爾茲Nu17.4921.6123.7231.5337.342.6954.49o(2 理論值 a 2' W/H C45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.96努賽樂覆理坨值Nu'26.6930.0435.3640.2545.2950.0453.163%理坨值與實殿值比較儕號12345670(2理論值45.5452.0161.4469.9378.7886.0192.960(2實聆值29.8437.4247.154.7964.8173.38

14、95.36相對誤差0.34480.28050.23340.21650.17720.1468-0.0258誤差分析：1.迪圖斯-貝爾特公式有條件范圍，而實聆數(shù)描并非全在其適用范圍內(nèi)，用此公式算出的NiT和。2誤差就可能較大。2.實聆時，等待時間不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)未穩(wěn)定時就記錄了。容號1234567ln(Nu/Pr04)33.223.313.593.763.894.12In(Re)8.999.159.359.519.669.789.86冷流體給熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)式：Nu/P產(chǎn)=APFln(Nu/Pr°4)=lnA+m In(Re)lnA=-7.9273, A=0.0256m=1.2124另附上原始

15、實能數(shù)據(jù):序號冷空氣熱蒸汽流量(m3/h)進(jìn)口溫度()進(jìn)口溫度()進(jìn)口溫度()進(jìn)口溫度()15.2719.2064.20103.10103.0027.3019.5064.60102.90102.8038.9519.8065.00103.00102.90410.6020.3065.20103.10103.00512.3021.0065.80103.10103.00613.9022.0066.50103.10102.90715.2023.3067.20102.90102.904、對實盼結(jié)果進(jìn)行分析與時論。從圖像中線性回H方程的相關(guān)系數(shù)來看，實盼數(shù)據(jù)結(jié)果不是很準(zhǔn)確，特別是線紋管。產(chǎn)生誤 差的來源fR

16、多,讀數(shù)不穩(wěn)定、換熱器保溫效果差、換熱器使用久了，行垢較厚，熱流量值 下降等那便結(jié)果有一定的幅差。而且在處理數(shù)據(jù)時，采用很多近似處理，而實除實盼時很多 的條件并不穩(wěn)定。在實盼過程中采用改變空氣流量來調(diào)節(jié)，但是在政變空氣流量的同時，其 他的數(shù)據(jù)也會改變，比如說空氣出口溫度，而且在改變的過程中，要經(jīng)過一段時間空氣出口 溫度才會穩(wěn)定，而我KJ測定的溫度一定要是這個穩(wěn)定的溫度，所以在測定中沒有經(jīng)過足夠長 的時間導(dǎo)致測定的淑度不是穩(wěn)定的湍度，所以實驟時要注意等待五到十分加恃數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定 時，這樣實驟結(jié)果就比較港硼*人、思考題（1 ）勒響傳熱膜系數(shù)的因素有哪些？番：底的厚度，液體的物性，以及壓力溫度。還有

17、材料的分子結(jié)構(gòu)及其化學(xué)成物、H科重度、 材料滑度狀況和溫度狀況。（2）在蒸氣泠釐時，若存在不灌性氣體，你認(rèn)為將會有什么髓響？應(yīng)垓采取什么措施？笞：對換熱系數(shù)影響（R大，一般想辦法除去，比如溟化理吸收式制i令機(jī)均韜年真空泵，其作用就是及時排除系統(tǒng)內(nèi)的不凝性氣體。1 ）會由于空氣中含有水分適應(yīng)冰堵。冰堵不單便制 冷效率下降。而且會導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。壓力不斷擇低，還會損壞壓縮機(jī)。2）空氣溫入壓縮腔, 由于空氣中含有不灌性氣體，如氮氣。這些不陰性氣體會凝少制i令劑的俏環(huán)量，使制冷量降 低。3）并且不陰性氣體會滯留在冷凝器的上部管路內(nèi)，致使實際冷陰而枳減小，泠源負(fù)荷 增大，冷溫壓力升高，從而制冷量會降低。（3）蒸氣冷凝后，將產(chǎn)生冷溫水，如冷凝水不能放出，累枳后淹埋加熱銅管，你認(rèn)為將會有什么勒響？應(yīng)該采取什么指他？笞：1 ）會由于空氣中含有水分造成冰堵。冰塔不單便制冷效率下?lián)瘛６視?dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。壓力不斷降低，還會損壞壓縮機(jī)。2）空氣混入壓縮腔，由于空氣中含有不凝性氣體，如