傳热系数测定实验指导书1.doc

化工原理实验装置系列之 传热系数测定实验装置 实验指导书 杭州言实科技有限公司 2007.4 目 录 一、实验目的 3 二、基本原理 3 三、实验装置与流程 4 四、实验步骤与注意事项 6 五、实验数据处理 7 六、实验报告 7 七、思考题 7 对流给热系数测定实验 一、实验目的 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型； 测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数； 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。 掌握热电阻测温的方法。 二、基本原理 在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： VρCP(t2－t1)＝αiAi(tw－t)mV——被加热流体体积流量，m3/s； Ρ——被加热流体密度，kg/m3；J/(kg·℃)； αi——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)； t1、t2——被加热流体进、出口温度，℃； Ai——内管的外壁、内壁的传热面积，m2；(T－TW)m——水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃； （1-2） (tw－t)m （1-3） 式中：T1、T2——蒸汽进、出口温度，℃； Tw1、Tw2、tw1、tw2——外壁和内壁上进、出口温度，℃。 当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为Tw1＝tw1，Tw2＝tw2，即为所测得的该点的壁温。 由式（1-3）可得： （1-4） 若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积Ai，以及水蒸气温度T，壁温Tw1、Tw2，则可通过式（1-4）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi。 流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得： 湍流时： （1-5） 式中：αi——?流体在直管内强制对流时的给热系数，W/ (m2·℃)； ?λ—— 流体的导热系数，W/(m2·℃)； di—— 内管内径，m； Re—— 流体在管内的雷诺数，无因次；Pr—— 流体的普朗特数，无因次。 上式中，定性温度均为流体的平均温度，即tf = (t1 + t2) / 2。 过渡流时： αi’＝φαi （1-6） 式中： ?修正系数， ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 . （1-7） 其中： ， ， 物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： （1-8） 这样通过实验确定不同流量下的Rei与，然后用线性回归方法确定A和m的值。 三、实验装置与流程 1．实验装置 实验装置如图1所示。 来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自水泵）的水进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷水经涡轮流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。 图1传热系数测定装置流程图 1-可移动框架 2-中间储水箱 3-液位控制浮球阀 4-涡轮流量计 5-水箱排水阀6 6-阀5 7-进水口 8-水泵 9-脚轮 10-冷凝水排放口 11-冷凝水排水阀4 12-蒸汽进汽口 13-冷凝水调节阀2 14-蒸汽调节阀3 15-冷流体出口温度 16-蒸汽压力表 17-壁面右端温度 18-排不宁性气体阀门 19-蒸汽右端温度 20-冷流体流量调节阀1 21-壁面左端温度 22-蒸汽左端温度 23-排不宁性气体阀门 24-冷流体进口温度 25-换热外套管 26-换热紫铜管27-可视视窗 2．仪表箱面板图如2所示： 图2 仪表箱面板图 1-总电源指示灯 2-空气开关 3-仪表电源指示灯 4-仪表电源开关 5-风机电源指示灯 6-风机电源开关7-温度巡检仪 第一通道为流体进口温度，第二通道为流体出口温度，第三通道为左端蒸气温度，第四通道为右端蒸气温度 2．设备与仪表规格 （1）紫铜管规格：直径φ20×1.5mm，长度L=1000mm （2）外套