水-蒸汽给热系数测定实验指导书解读.doc

水－蒸汽给热系数测定 实验指导书 对流给热系数测定实验 一、实验目的 1．了解间壁式传热元件,掌握给热系数测定的实验方法； 2．观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象，测定水在圆形直管内的强制对流给热系数； 3．了解影响给热系数的因素和强化传热的途径； 4．了解热电阻测温方法、涡轮流量计测流量方法，学会使用变频器。 二、基本原理 在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。 间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有 （4－1） 式中： Q － 传热量，J / s； m1 － 热流体的质量流率，kg / s； cp1 － 热流体的比热，J / (kg ?℃)； T1 － 热流体的进口温度，℃； T2 － 热流体的出口温度，℃； m2 － 冷流体的质量流率，kg / s； cp2 － 冷流体的比热，J / (kg ?℃)； t1 － 冷流体的进口温度，℃； t2 － 冷流体的出口温度，℃； (1 － 热流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ?℃)； A1 － 热流体侧的对流传热面积，m2； － 热流体与固体壁面的对数平均温差，℃； (2 － 冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ?℃)； A2 － 冷流体侧的对流传热面积，m2； － 固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃； 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算， （4－2） 式中：TW1 － 热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃； TW2 － 热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算， （4－3） 式中：tW1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃； tW2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。 在本装置的套管换热器中，换热桶内通水蒸汽，内铜管管内通水，水蒸气在铜管表面冷凝放热而加热水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： （4—4） 式中：V 冷流体体积流量，m3/s； ρ ?冷流体密度，kg/m3； CP ?冷流体比热，J/(kg·℃)； t1、t2 冷流体进、出口温度，℃； α2 冷流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)； A2 ?内管的内壁传热面积，m2；(tw－t)mw1＝tw1，Tw2＝tw2，即为所测得的该点的壁温，则由式（4－1）可得： ? ? （4—5） 若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积A2，壁温tw1、tw2，则可通过式（4—5）算得实测的冷流体在管内的对流给热系数α2。 对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，传热准数经验式为， （4－6） 式中：Nu－努塞尔数，，无因次； Re－雷诺数，，无因次； Pr－普兰特数，，无因次； 上式适用范围为：Re＝1.0×104～1.2×105，Pr＝0.7～120，管长与管内径之比L/d≥60。当流体被加热时n＝0.4，流体被冷却时n＝0.3。 ( － 流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ?℃)； d － 换热管内径，m； ( － 流体的导热系数，W / (m ? ℃)； u － 流体在管内流动的平均速度，m / s； ( － 流体的密度，kg / m3； ( － 流体的粘度，Pa ? s； cp － 流体的比热，J / (kg ?℃)。 故可由实验获取的数据点拟合出相关准数后，即可作出曲线，并与经验公式的曲线对比以验证实验效果。 三．装置与流程 本实验装置由蒸汽发生器、涡轮流量变送器、变频器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。装置参数中：紫铜管规格12×2mm，即内径为8mm，长度为1m；冷流体最大流量为0.45m3/h，涡轮流量计的测量下限为0.2 m3/h 。 1—水泵；2—冷流体管路；3冷