空气蒸汽给热系数测定装置空气蒸汽给热系数测定装置 一、实验目的一、实验目的 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径二、基本原理二、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(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T TW tW t 图 1 间 壁 式 传 热 过 程 示 意 图 达到传热稳定时，有mmWMWpptKAttATTAttcmTTcmQ221112222111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，；K 以传热面积A为基准的总给热系数，W/(m2)；冷热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下式计算，22112211lnWWWWmWTTTTTTTTTT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下式计算，22112211lnttttttttttWWWWmW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，热、冷流体间的对数平均温差可由下式计算，12211221mtTtTlntTtTt 当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（41）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数，MWpttAttcm212222 实验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度t1、t2；实验用紫铜管的长度l、内径d2，；和冷流体的质量流量，即可计算2然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段由上述系列公式得，mptAttcmK12222m2121TTtt、实验测定、并查取2121ttt平均 下冷流体对应的 2pc换热面积A，即可由上式计算得总给热系数K下面通过两种方法来求对流给热系数。
近似法求算对流给热系数以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为，11212122211ddddRdbdRKSmS 式中：d1 换热管外径，m；d2 换热管内径，m；dm 换热管的对数平均直径，m；b 换热管的壁厚，m；换热管材料的导热系数，W/(m )；换热管外侧的污垢热阻，；换热管内侧的污垢热阻，1SR2SR 用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百 ；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数 可达 左右，因此冷凝传热热阻 可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻 也可忽略实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为383.8 ，壁厚为2.5mm，因此换热管壁的导热热阻 可忽略KmW.21KmW.1024112dd121ddRSKmWmdbd2 若换热管内侧的污垢热阻 也忽略不计，则，2SRK2由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的准确性就越高2、传热准数式求算对流给热系数2对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，若符合如下范围内：Re=1.01041.2105,Pr0.7120，管长与管内径之比l/d60,则传热准数经验式为，n8.0PrRe023.0Nu 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；dNuduRepcPr 当流体被加热时n0.4，流体被冷却时n0.3；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)。
对于水或空气在管内强制对流被加热时，可上式改写为，8.0224.0228.128.02Pr14023.011md81280402301.d.m令，802240221.mPrXKY111212122ddddRdbdRCSmS 则，CmXY当测定管内不同流量下的对流给热系数时，C值为一常数管内径d2一定时，m也为常数因此，实验时测定不同流量所对应的2121TTtt、求取一系列X、Y值，再在XY图上作图或将所得的X、Y值回归成一直线，该直线的斜率即为m任一冷流体流量下的给热系数2可用下式求得，802240222.mmPr3、冷流体质量流量的测定（1）若用转子流量计测定冷空气的流量，还须用下式换算得到实际的流量，ffVV 式中：V 实际被测流体的体积流量，m3/s；实际被测流体的密度，kg/m3；均可 取 下对应水或空气的密度，见冷流体物性与温度的关系式；V 标定用流体的体积流量，m3/s；标定用流体的密度，kg/m3；对水1000 kg/m3；对空气1.205 kg/m3；f 转子材料密度，单位kg/m32121ttt平均 于是 Vm2（2）若用孔板流量计测冷流体的流量，则，2mV式中，V 为冷流体进口处流量计读数，为冷流体进口温度下对应的密度。
4、冷流体物性与温度的关系式在0100之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式1）空气的密度与温度的关系式：（2）空气的比热与温度的关系式：60以下 J/(kg),70以上 J/(kg)pCpC10051009（3）空气的导热系数与温度的关系式：（4）空气的黏度与温度的关系式：8252 108 100.0244tt 6 235(2 105 101.716910tt ）三、实验装置与流程三、实验装置与流程 1实验装置 实验装置如图1所示 1风机；2冷流体管路；3冷流体进口调节阀；4孔板流量计；5冷流体进口温度；6排空阀；7蒸汽温度；8视镜；9冷流体进口温度；10压力表；11冷凝水排空阀；12蒸汽进口阀；13冷凝水排空阀；14蒸汽进口管路；15冷流体出口管路；图1 空气-水蒸气换热流程图 来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟冷空气经孔板流量计或转子流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外2设备与仪表规格（1）紫铜管规格：直径212.5mm，长度L=1000mm（2）外套不锈钢管规格：直径1005mm，长度L=1000mm（4）铂热电阻及无纸记录仪温度显示（5）全自动蒸汽发生器及蒸汽压力表 四、实验步骤与注意事项四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤 打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，观察仪表显示是否正常。
在蒸汽发生器中灌装清水至水箱的球体中部，开启发生器电源，使水处于加热状态到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，让套管换热器里充有一定量的空气打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定开度注意开度适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐充满系统中，使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验。
开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐充满系统中，使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂记录68组实验数据，可结束实验先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进口阀，关闭仪表电源，待系统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，关闭冷凝水出口阀，关闭总电源打开实验软件，输入实验数据，进行后续处理二）注意事项 先打开排冷凝水的阀1，注意只开一定的开度，开的太大会使换热器里的蒸汽跑掉，开的太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力增大而使不锈钢管炸裂一定要在套管换热器内管输以一定量的空气后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止不锈钢管因突然受热、受压而爆裂操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，否则可能造成不锈钢管爆裂和填料损坏确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意蒸汽量的调节和压力表读数的调整五、实验数据处理五、实验数据处理 打开数据处理软件，在教师界面左上“设置”的下拉菜单中输入装置参数管长、管内径以及转子流量计的转子密度。
在本套装置中，管长为1m，管内径为16mm，转子流量计的转子密度为f ）337.9 10/kg m数字型装置可以实现数据直接倒入实验数据软件，可以表格形式得到本实验所要的最终处理结果，点“显示曲线”，则可得到实验结果的曲线对比图和拟合公式数据输入错误，或明显不符合实验情况，程序会有警告对话框跳出每次修改数据后，都应点击“保存数据”，再按2步中次序，点击“显示结果”和“显示曲线”记录软件处理结果，并可作为手算处理的对照结束，点“退出程序”六、实验报告六、实验报告 1、冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论2、冷流体给热系数的准数式：，由实验数据作图拟合曲线方程，确定 式中常数A及m3、以 为纵坐标，为横坐标，将两种方法处理实验数据的结果标绘在 图上，并与教材中的经验式 比较m0.4ReANu/Pr0.4Nu/PrlnReln800230.0.4Re.Nu/Pr 七、思考题七、思考题 1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?2、在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对关联式有何影响？9、静夜四无邻，荒居旧业贫。
22.9.822.9.8Thursday,September 08,202210、雨中黄叶树，灯下白头人13:28:4413:28:4413:289/8/2022 1:28:44 PM11、以我独沈久，愧君相见频22.9.813:28:4413:28Sep-228-Sep-2212、故人江海别，几度隔山川13:28:4413:28:4413:28Thursday,September 08,202213、乍见翻疑梦，相悲各问年22.9.822.9.813:28:4413:28:44September 8,202214、他乡生白发，旧国见青山2022年9月8日星期四下午1时28分44秒13:28:4422.9.815、比不了得就不比，得不到的就不要2022年9月下午1时28分22.9.813:28September 8,202216、行动出成果，工作出财富2022年9月8日星期四13时28分44秒13:28:448 September 202217、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前下午1时28分44秒下午1时28分13:28:4422.9.89、没有失败，只有暂时停止成功！。
22.9.822.9.8Thursday,September 08,202210、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有13:28:4413:28:4413:289/8/2022 1:28:44 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累22.9.813:28:4413:28Sep-228-Sep-2212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美13:28:4413:28:4413:28Thursday,September 08,202213、不知香积寺，数里入云峰22.9.822.9.813:28:4413:28:44September 8,202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏2022年9月8日星期四下午1时28分44秒13:28:4422.9.815、楚塞三湘接，荆门九派通2022年9月下午1时28分22.9.813:28September 8,202216、少年十五二十时，步行夺得胡马骑2022年9月8日星期四13时28分44秒13:28:448 September 202217、空山新雨后，天气晚来秋下午1时28分44秒下午1时28分13:28:4422.9.89、杨柳散和风，青山澹吾虑。
22.9.822.9.8Thursday,September 08,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话13:28:4413:28:4413:289/8/2022 1:28:44 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡22.9.813:28:4413:28Sep-228-Sep-2212、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿13:28:4413:28:4413:28Thursday,September 08,202213、知人者智，自知者明胜人者有力，自胜者强22.9.822.9.813:28:4413:28:44September 8,202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏2022年9月8日星期四下午1时28分44秒13:28:4422.9.815、最具挑战性的挑战莫过于提升自我2022年9月下午1时28分22.9.813:28September 8,202216、业余生活要有意义，不要越轨2022年9月8日星期四13时28分44秒13:28:448 September 202217、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息下午1时28分44秒下午1时28分13:28:4422.9.8MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉。