空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告.doc

-蒸汽对流给热系数测定
三、实验目的和要求
1、了解间壁式传热元件,掌握给热系数测定的实验方法。
2、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。
3、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。
实验内容和原理
实验内容:测定不同空气流量下进出口端的相关温度,计算a,关联出相关系数。
实验原理: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。
达到传热稳定时,有
(4-1)
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,℃。
热、冷流体间的对数平均温差可由式(4—4)计算,
(4-4)
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(4-1)得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数,
(4-5)
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a2。
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。
由式(4-1)得,
(4-6)
实验测定、、并查取下冷流体对应的、换热面积A,即可由上式计算得总给热系数K。
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,
(4-7)
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,,,因此换热管壁的导热热阻可忽略。若换热管内侧的污垢热阻也忽略不计,则由式(4-7)得, (4-8)
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。
冷流体质量流量的测定
用孔板流量计测冷流体的流量,则, (4-9)
式中,V 为冷流体进口处流量计读数,ρ为冷流体进口温度下对应的密度。
冷流体物性与温度的关系式
在0~100℃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 ∙℃)。
(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:
(含流程简图及主