實(shí)驗(yàn)五 對(duì)流傳熱系數(shù)

實(shí)驗(yàn)五對(duì)流傳熱系數(shù)第1頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/232實(shí)驗(yàn)五對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法。（換熱器的性能參數(shù)，決定換熱器的尺寸）2.測(cè)定空氣在圓形直管內(nèi)(或螺旋槽管內(nèi))的強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)，并把數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，以檢驗(yàn)通用的對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。3.了解影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。第2頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/233實(shí)驗(yàn)五對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定二、基本原理1．對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定（有相變化的傳熱過程）套管式換熱器第3頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/234二、基本原理在套管換熱器中，環(huán)隙中通水蒸汽，（飽和蒸汽走管間，以便及時(shí)排除不凝液和不凝氣體，而且蒸汽較潔凈，管間易清洗）內(nèi)管管內(nèi)通空氣，水蒸汽冷凝放熱加熱空氣，當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定之后空氣側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)i與總傳熱系數(shù)K有以下關(guān)系：第4頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/235二、基本原理

與相比很小可以忽略，所以，這樣做避免了壁溫的測(cè)量。根據(jù)傳熱速率方程和熱量衡算式有如下關(guān)系

第5頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/236二、基本原理

從上式推倒出管內(nèi)空氣對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算式所以當(dāng)傳熱達(dá)到穩(wěn)定后，用蒸汽溫度可計(jì)算出tm，利用儀器測(cè)出各數(shù)據(jù)，就能計(jì)算出實(shí)測(cè)值i。

第6頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/237二、基本原理2．準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式對(duì)流傳熱系數(shù)是研究傳熱過程及換熱器性能的一個(gè)很重要的參數(shù)。這種傳熱過程是冷熱流體通過固體壁面（傳熱元件）進(jìn)行的熱量交換，由熱流體對(duì)固體壁面的對(duì)流傳熱、固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對(duì)冷流體的對(duì)流傳熱所組成。第7頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/238二、基本原理由傳熱速率方程式知，單位時(shí)間、單位傳熱面所傳遞的熱量為

Q=K(T-t)

而對(duì)流傳熱所傳遞的熱量，對(duì)于冷熱流體可由牛頓定律表示

Q=h·(T-Tw1)或Q=c·(tw2-t)

不能通過解析法得到對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)系式，它必須由實(shí)驗(yàn)加以測(cè)定獲得。第8頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/239二、基本原理采用因次分析法組成若干個(gè)無因次數(shù)群，獲得描述對(duì)流傳熱過程的無因次方程。如流體在圓形（光滑）直管中做強(qiáng)制對(duì)流傳熱時(shí)傳熱系的變化規(guī)律可用如下準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式表示

Nu=CRemPrn

C=0.023m=0.8加熱n=0.4；冷卻n=0.3。

w=vρ=uAρ

第9頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2310二、基本原理對(duì)空氣而言，在較大的溫度和壓力范圍內(nèi)Pr準(zhǔn)數(shù)實(shí)際上保持不變，取Pr=0.7。因空氣被加熱，取n=0.4，則努塞爾準(zhǔn)數(shù)可簡(jiǎn)化為：

(C′=C·Prn=0.867C)對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)lnNu~lnRe作圖為直線，直線的斜率為m，截距為lnC′對(duì)于螺旋槽管的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式：第10頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2311二、基本原理3．Re與Nu的計(jì)算

式中di———管內(nèi)徑,m；

———定性溫度下空氣的粘度，Pa·S；

式中—定性溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W(m·℃)。第11頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2312三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程1．實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)有四套套管換熱器組成，其中一套是螺旋槽管（為了增加湍動(dòng),傳熱好，空氣進(jìn)出口溫差大），另三套是光滑管。第12頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2313三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程1．實(shí)驗(yàn)流程12346578910111213對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1.蒸汽發(fā)生器2．壓力表3．安全閥4．套管換熱器5．儀表箱6．U型管壓差計(jì)7．放氣閥8．轉(zhuǎn)子流量9．旁通閥10．氣泵11．冷凝水罐12．溫度顯示儀13．閥門第13頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2314三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程第14頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/23151．實(shí)驗(yàn)流程注意事項(xiàng)：1.溫度計(jì)埋在壁面內(nèi)，測(cè)得的α實(shí)際包括了壁面污垢的影響2.旁通閥的使用：始終不能完全關(guān)閉。因?yàn)殛P(guān)閉后，會(huì)使阻力無限增大，容易燒壞氣泵。做完實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)先全開旁通閥，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)為0，在關(guān)閉氣泵，否則會(huì)損害轉(zhuǎn)子流量計(jì)。第15頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/23162.測(cè)定參數(shù)及儀表1）冷熱流體的流量Q——轉(zhuǎn)子流量計(jì)（蒸汽——空氣：體積流量）2）溫度T——銅電阻溫度計(jì)（蒸汽——空氣）3）壓強(qiáng)P——U型壓差計(jì)4）特征尺寸d，l——給出要在特定T，P下，對(duì)進(jìn)行校正，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的Vs。第16頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2317四、操作要點(diǎn)1.把蒸汽發(fā)生器加蒸餾水至恒定水位，然后關(guān)閉蒸汽閥，打開總電源開關(guān)，給溫控儀設(shè)定適當(dāng)溫度（105~108°C）。2.待蒸汽發(fā)生器內(nèi)溫度接近設(shè)定溫度時(shí)，打開蒸汽閥門至最大，閥門14；使蒸汽進(jìn)入套管環(huán)隙。（空氣走管內(nèi)，空氣不易產(chǎn)生污垢，以清潔；水蒸氣走管間，易排除不凝氣體和清潔）3.打開放氣閥排除不凝性氣體，打開放氣閥7；4.微開排液閥，以便冷凝水及時(shí)排除。一直保持打開狀態(tài)，但不要太大，以免蒸汽大量被排走，而且會(huì)使蒸汽溫度降低，即稍有冒汽即可。第17頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2318四、操作要點(diǎn)5.保證蒸汽溫度盡量穩(wěn)定，排除不凝氣體6.等蒸汽穩(wěn)定后，打開空氣旁通閥（配合風(fēng)機(jī)正確使用），開啟風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)閥門使流量到指定刻度，待穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)，即進(jìn)出口溫度差恒定時(shí)記錄。6.改變空氣流量，穩(wěn)定后，讀取數(shù)據(jù)。7.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先打開空氣調(diào)節(jié)閥后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，最后關(guān)閉總電源開關(guān)。8.讀大氣壓力計(jì)值，記錄操作條件下大氣壓強(qiáng)值。第18頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2319五、思考題1.實(shí)驗(yàn)過程中，蒸汽溫度改變對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響？如何保持蒸汽溫度恒定？蒸汽溫度提高，只影響tm，T增大，tm增大，在其它條件不變的情況下，從公式可以看出，對(duì)流傳熱系數(shù)減小。措施：及時(shí)排除不凝氣體和冷凝水，保持蒸汽壓力恒定。第19頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2320五、思考題2.本實(shí)驗(yàn)中，空氣與蒸汽流徑能否改變？這樣安排的優(yōu)點(diǎn)是什么？書275~2763.實(shí)驗(yàn)過程中，如何判斷傳熱達(dá)到穩(wěn)定？在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，如果在溫度顯示儀上蒸汽的溫度和空氣的出口溫度都為穩(wěn)定值，即表示傳熱達(dá)到穩(wěn)定。第20頁(yè)，課件共21頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/2321五、思考題4.蒸汽冷凝過程中不凝性氣體存在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有什么影響？應(yīng)采取什么措