换热器传热系数测定讲解Word格式.docx
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i—管内流体对流传热系数，w/（m2·
℃）；
Qi—管内传热速率，w；
VmCpmt
Qimpm（5-2）
i3600
3
V—空气流过测量段上平均体积，m3/h；
Pm—测量段上空气的平均密度，kg/m；
Si—管内传热面积，m；
1页
Cpm—测量段上空气的平均比热，J/（kg.g）；
tm—管内流体空气与管内壁面的平均温度差，℃。
tm
Twt1Twt2
TSt1ln
TSt2
5-3）
当2>
t1/t2>
0.5时，
可简化为
tmTWt1t2
2
t1，t2—冷流体（空气）的入口、出口温度，℃；
Tw—壁面平均温度，℃。
2、对流传热系数准数关联式的实验确定：
流体在管内作强制对流时，处于被加热状态，准数关联式的形式为：
NuAReimPrin
5-4）
5-5）
其中，传热准数：
Nui
idi
5-6）
雷诺准数：
Rei
diuii
5-7）
其中：
u-测量段上空气的平均流速：
u
F3600
5-8）
Prcpii
普朗特准数：
Pri
5-9）
对于管内被加热的空气，普朗特准数Pri变化不大，NuiAReimPri0.4通过实验确定不同流量下的Rei与Nui。
3、关联式NuiAReimPri0.4中的常数A，m的确定：
N0u.4纵坐标，Re为横坐标，在对数坐标上绘Pr0.4
得到准数关联式NuiAReimPri0.4中的常数A，m。
可认为是常数，关联式简化为：
5-10）
PNr0u.4Re关系，作图、回归
Pr
同理得到强化管准数关联式NuiAReimPri0.4中的常数A，
4、强化比的确定
m。
将强化套管换热器求得的Re、Pr数值分别带入强化管和普通管换热器所得的准关联式中，可以得到Nu及Nu0,强化比=Nu/Nu0。
5、换热器总传热系数K0的确定：
试验中若忽略换热器的热损失，在稳态传热过程中，空气升温获得的热量与对流传递热量及换热器的总传热量均相等，则以外表面为基准的总传热系数：
K0（5-11）
tmS0
式中S0-传热管外表面传热面积，m2。
因为本实验中αi<
<
α0（αi、α0分别为管内，外壁传热系数），故传热管内的对流传热系数αi≈冷热流体间的总传热系数K0。
四、实验装置
气-汽传热综合测定实验装置流程图
二）设备参数
实验内管内径d1（mm）
20.00
实验内管外径d2（mm）
22.00
实验外管内径D1（mm）
50.0
实验外管外径D2（mm）
57.0
测量段（紫铜内管）长度L（m）
1.20
强化内管内插物（螺旋线圈）尺寸
丝径h（mm）
1
截距H（mm）
40
加热釜
操作电压
≤200V
操作电流
≤10A
三）、空气流量测量空气流量测量由孔板流量计测量，由以下公式计算：
273t3
VVt1m（m3/h）（5-12）
273t1
273t13
Vt1V201（m3/h）（5-13）
12027320
V2013.909（P）0.648（m3/h）（5-14）
式中，V—空气实际流量，m3/h；
Vt1—入口温度下的空气体积流量，m3/h；
V20—20℃时体积流量，m3/h。
五、实验方法与步骤
（一）实验前的准备及检查工作
1、向电热釜中加水至标志线上端处。
2、向冰水保温瓶中加入适量冰水，并保证整个实验过程中热电偶冷端均处于0℃。
3、检查空气流量旁路调节阀是否全开，检查普通套管换热器的空气支路控制阀是否打开，使其分别与蒸汽上升支管和大气相通，并将强化套管换热器的进出口的阀门全部关闭。
4、接通电源总开关，设定加热电压185V，启动电加热器开关，开始加热。
（二）实验过程
1、一段时间后水沸腾，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。
2、约加热10ming后，可提前启动鼓风机，保证开始时空气入口温度t1比较稳定。
3、调节空气流量旁路阀的开度，使压差计的读数为所需的空气流量值。
从最小到最大流量依次测量,每改变一次流量，稳定5～8min,，读取孔板流量计压差Δp,入口温度t1,出口温度t2,和TW值，并记录下读数，测量6组数据。
4、测量完毕后，先打开强化套管的空气和蒸汽支路控制阀，再关闭普通套管空气和蒸汽支路控制阀，重复步骤3，进行强化套管换热器的实验。
测定6组实验数据。
5、实验中应注意观察储水罐中水位，若水位降至液位计下端处线，应及时补水。
（三）实验结束
关闭加热开关，过5min后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。
再关总电源。
六、注意事项
1、最大最小流量值一定要做。
2、实验中应注意观察储水罐中水位，若水位降至液位计下端处线，应及时补水。
3、电热釜，是生产水蒸气的装置，为了安全和长久使用，建议最高加热电压不超过200V。
七、数据处理及计算实例（第二套）
一）普通管实验数据处理
表三普通管实验数据整理表
设备编号：
2#传热管内径d1=20mm传热管外径d2=22mm传热管长度=1.20m
222
内传热面积S1=0.075408m2外传热面积S2=0.082949m2流通截面积F=0.0003142m2
N0.
4
5
6
孔板流量计压差ΔP/KPa
0.20
0.90
1.60
2.30
2.95
3.45
t1/℃
24.7
28.2
30.7
33.2
36.8
40.4
t2/℃
61.9
58.6
58.0
58.4
60.8
62.6
Tw/℃
100.3
100.4
tm/℃
43.3
43.4
44.4
45.8
48.8
51.5
ρm（kg/m3）
1.12
1.09
λm（w/m·
℃）
0.0278
0.0283
Cpm（J/Kg·
℃）
1005
μm×
105
1.94
1.96
Δtm（℃）
56.05
54.6
51.6
48.9
V20（m3/h）
4.90
12.99
18.86
23.86
28.04
31.03
Vt1（m3/h）
4.94
13.17
19.20
24.39
28.83
32.09
Vm（m3/h）
5.25
13.84
20.07
25.40
29.95
33.23
um（m3/h）
4.64
12.23
17.74
22.45
26.48
29.38
Qi（w）
61.06
131.52
171.27
200.11
224.72
224.48
αi（w/m2℃）
14.21
30.60
40.52
48.60
57.75
60.88
Re
5359
14124
20483
25925
30570
32676
Nu
10.22
22.01
29.15
34.97
41.55
43.02
0.701
0.696
Nu/Pr0.4
11.78
25.37
33.60
40.30
47.88
49.73
光滑管关联式Nu=0.0126Re0.7959Pr0.4A=0.0126,m=0.7959
K0（w/m2℃）
11.53
24.82
32.88
39.43
46.85
49.39
计算实例：
已知：
传热管内径d1=0.02m,外径d2=0.022m,传热管长度L=1.20m,
流通截面积：
F=π×
d2/4=3.142×
0.022/4=0.0003142（m2）,
t1=24.7℃,t2=61.9℃,
平均导热系数λm=0.0278（w/m·
K），平均黏度m=1.94×
10-5（Pa·
s）。
2、求冷热流体间的平均温差tm。
由公式（5-4）可得：
tmTWt1t2100.324.761.957.0（℃）。
22
3、求管内平均体积流量Vm。
由公式（5-12）、（5-13）、（5-14）求得：
V2013.909（P）0.64813.9090.200.6484.90（m3/h），
27324.74.94（m3/h），
27320
VmVt1227733ttm14.942277332443..735.25（m3/h）。
dium
Reidiumm
m
其中管内平均流速
um，由公式（5-8）求得：
Vm
umF36000.00031423600
4.64（m/s）。
求普朗特准数Pr。
由公式（5-9）求得：
Pricpmm
10051.94105
0.701。
A,m。
Nu0.4Re关系图，并进行回归公
Pr0.4
0.0278
7、求准数关联式NuiAReimPri0.4中的常数项
Num计算：
Nu10.2211.78。
Pr0.4ARem计算：
Pr0.40.7010.411.78。
PNr0u.4纵坐标，Re为横坐标，在对数坐标上绘式。
见图2
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