化工原理管内强制对流传热膜系数的测定.doc

实验七 管内强制对流传热膜系数的测定 一．实验目的 1. 学习用近似法、Wilson法测定空气与管壁传热膜系数的原理； 2掌握用不同的方式处理实验数据，根据实际结果比较各种处理方法的优缺点； 3用测定的传热膜系数，整理成努塞尔准数Nu与雷诺准数Re之间成的形式，并验证实测Nu的与Re关系式与公认式是否一致。 4训练运用实验实测的数据拟合成经验公式的能力。 本实验装置只要由加热系统、控制系统、调节系统三部分构成。由电加热器—热电偶—可控硅控制仪组成调节系统；由孔板流量计—压力传感器—电子电位差计—阀门组成的空气流量计测量调节系统；由空气进、出口处的热电偶—自动平衡记录仪组成测温系统。 空气由旋涡机进入风管，经电加热器加热到温度T1后，进入套管换热器的内管，与的水进行热交换，空气冷却到温度T2后排出；空气的流量由连有压力传感器的孔板流量计测得，空气流量变化的信号通过压力传感器传送到UJ—36电位计，可读出电位差值，计算出空气的实际流量。换热器的热空气进套管换热器的温度由可控硅控仪控制，系统的稳定性由记录仪内的红蓝笔是否走直线来判断。 由于外力的作用，使流体被迫流动而产生传热的现象，称为强制对流传热。对于空气在圆形直管内强制对流传热的膜系数的测定方法如下几种：（以空气作热流体，水作冷流体，两流体在套管换热管中作逆流运动，空气的质量流量用孔板流量计配压力传感器，用电位差计测出压力传感器两侧的电势差值而计算得到。） 图1-2 简易Wilson图解法示意图 图1-3 Nu—Re的关系线 方法、近似法： 根据传热速率基本方程式： ， 即 （7） 而总传热系数与对流传热系数之间的关系为： （8） 套管换热器壳程走的是水，因水的传热性能非常好，其传热膜系数可以达到几千w/m3?℃，其热阻值很小。又内管的管壁材料是黄铜，黄铜的导热性能很好，即其热阻更小，而空气对管内壁的传热系数只有几十w/m3?℃，另外水侧与空气侧的污垢热阻两项，因本实验使用的流体纯净的自来水和室内干净的空气，且实验时间又不长，所以两者的污垢热阻比热空气侧的对流传热热阻小很，即式中的、、、相对于都很小，可以忽略。 则 即 （9） 又（3）、（4）式计算出Q值，——为以套管换热器内表面积为基准的传热面积[m2]；、——为水的进出口温度[℃]。据（6）式计算出c值，则就得到值。 方法、简易Wilson图解法 一、简易Wilison图解法的原理 简易Wilison法使用条件： 1、待求侧传热膜系数与实验变量的次方关系已经确定，如本实验中； 2、非待测的热阻之和为定值，即实验中水侧的流态不变。 空气和水在套管换热器中换热，热空气在内管被套管环隙中的水冷却，若以内表面积为基准的总热阻可用下式表示： （10） 式中：K——换热器的总传热系数[w/m3?℃]； 、——空气侧、水侧传热膜系数[w/m3?℃]； ——换热管材料的导热系数[w/m3?℃]； B——换热管厚度[m]； ——水侧污垢热阻[w/m3?℃]； 、、——换热管内表面积、外表面积、内外平均表面积[m2] 当管内热空气作充分湍流时，空气强制对流传热膜系数： （11） C为待定系数，将式（11）代入（10）式得： （12） 如果在实验中保持式（12）中的、、三项不变，而在不同的空气流速下分别测出相应的K，则（12）式可写成： 令， （13） 又 （14） 式（13）是一个的直线方程，在方格纸上作出以为横坐标，为纵坐标点在坐标的各实验点。如图五所示，为一条直线。 求出直线的斜率m，则。空气侧的传热膜系数计算式就可以计算确定了。 拟合成准数方程 如何检验以上介绍的几种方法测得值更接近于公认值（即由准数方程计算出得值），可以采用比较拟合得到的准数方程公认的准数方程值接近的程度，或在双对数坐标中作公认线和实测线，比较两者的相近程度。具体如下：根据不同流速下测量得到、G，拟合成形式的准数方程。然后在双对数坐标作出Nu—Re的关系线。如图六所示。（此图为按本实验装置实测的结果示意图线，简易Wilson法线很接近于公认线。在上方的原因主要是、的位置都在实际点外侧，的值偏大造成的。） ．操作步骤 双击“TransHeat”