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水-蒸汽给热系数测定实验指导书教程
水-蒸汽给热系数测定(SQ200D)——实验指导书
第 PAGE 11 页共 NUMPAGES 11页浙江中控科教仪器设备有限公司
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)m 内壁与流体间的对数平均温度差,参照式(4-3)可得,℃;
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,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
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