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空气对流传热实验报告准数
篇一：传热实验指导
实验一 传热实验
一、实验目的
1、学习总传热系数及对流传热系数的测定方法；
2、利用测定的对流传热系数，检验通用的给热准数关联式； 3、应用传热学的概念和原理去分析强化传热过程等问题。
二、实验任务
测定空气在圆形光滑直管中作湍流流动时对流传热准数关联式。
三、实验原理
1、无相变时，流体在圆形直管中强制对流时的给热系数（亦称对流传热系数）的关联式为
（1）
Nu?
?d?
对空气而言，在较大的温度和压力范围内Pr准数实际上保持不变，取Pr=。因流体被加热，故取b＝，Prb为一常数，则上式可简化为：
（
将上式两边取对数得：
） （2）
(3)
上式中
～
作图为一直线。实验中改变空气的流速以改变值，同时根据牛顿冷
却定律求出不同流速下的给热系数a ，得出数Nu和数Re之间的函数关系，由式（3）确定出式中的系数A与指数a。 2、根据传热速率方程：
Q?KS?tm
当管壁很薄时，可近似当成平壁处理。且由于管壁材料为黄铜，导热系数大，可以忽略管壁传导热阻。又因为在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。?《i?o因此， 对流传热系数?i≈K。
?i?
Q?tm?Si
（4）
式中：?i—管内流体对流传热系数，W/(m2?℃)； Q—管内传热速率，W； Si—管内换热面积，m2；
?tm—内壁面与流体间的温差，℃。
3、在套管换热器中传热达稳定后，根据牛顿冷却定律和热衡算式有如下的关系： Q?WmCpm(t2?t1)（6） 其中质量流量由下式求得：
Vm?m3600
Wm?
式中：Q：传热速率, W；Vm：空气的体积流量, m3/s；
ρm：空气的密度, kg/m3；
：空气的平均比热, J/kg× ℃；
t1：空气的进口温度, ℃；t2：空气的出口温度, ℃； Δtm：内管管壁与空气温差的对数平均值
（5）
式中T 为内管管壁的温度, ℃。 t1，t2 —空气的入口、出口温度，℃；
管内换热面积： S??diLi （7） 式中：di—内管管内径，m；
Li—传热管测量段的实际长度，m。
3、对流传热系数?i的测定
在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。
对流传热系数?i可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定?i?
Vm?mCpm(t2?t1)
?tm?S
（6）
Cpm和?m可根据定性温度tm
Vm可采取一定的测量手段得到。
查得，tm?
t1?t2
2
为冷流体进出口平均温度。t1，t2，
5、Nu 及Re的计算
Nu?
?d?
?
Kd
?
?
dVm?mCpm(t2?t1）
?S?tm
du?
Re?
?
四、实验装置
本实验装置是由光滑套管换热器和强化内管的套管换热器组成的，以空气和水蒸汽为传热介质，可以测定对流传热系数，用于教学实验和科研中。通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数?i的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；
并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu?、m的值；通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其强化比Nu了解强化传热的基本理论和基本方式。 ⒈ 设备主要技术数据见表1
表1 实验装置结构参数
⒉ 实验流程如图2所示 ⒊ 实验的测量手段 ⑴ 空气流量的测量
空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流量计在20℃时标定的
Nu
，
流量和压差的关系式为： V20??(?P)（8）
流量计在实际使用时往往不是20℃，此时需要对该读数进行校正：
Vt1?V20
273?t1273?20
（9）
式中：?P—孔板流量计两端压差，KPa； V20—20℃时体积流量， m3/h；
Vt1—流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m3/h；
t1 —流量计处温度，也是空气入口温度，℃。
由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正：
Vm?Vt1?
Vm—传热管内平均体积流量，m
3
273?tm273?t1
（10）
/h；
tm—传热管内平均温度，℃。
图2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图
1-液位管;；2-储水罐；3-排水阀；4-蒸汽发生器；5-强化套管蒸汽进口阀;； 6-普通套管蒸汽进口阀；7-普通套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器;9-普通套管蒸汽出口；10-强化套管蒸汽出口