1—光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵；
5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀;
12、13—蒸汽放空口；15—放水口；14—液位计；16—加水口;
三、实验内容
1、光滑管
1测定6〜8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数al。
2对ai的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARem中常数A、m的值。
2、波纹管
1测定6〜8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数ai。
2对ai的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。
四、实验原理
1•准数关联
影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为：
Nu=CRemPrnGrl
（1）
式中C、m、n、I为待定参数。
参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。
目前，只能通过实验来确定特定
因此，可以忽略自
范围的参数。
本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。
然对流对传热膜系数的影响，则Gr为常数。
在温度变化不太大的情况下，Pr可视为常数。
所以，准数关联式
（1）可写成
其中：
Re
Nu=CRem
d
Nu
0.02826W/（m.K）
4
50C时，空气的导热系数
2）取对数，回归求
待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式（
Re
得直线斜率和截距。
因此:
2•传热量计算
努塞尔数NU或ai无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。
当通过
套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传
递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由（3）式计算。
Q=WeCpc（t2—tl）=VpiCpc（t2—tl）（3）
根据热传递速率
Q=KSAtm（4）
所以KSAtm=VpiCpc（t2—ti）（5）
式中：
Q――换热器的热负荷（即传热速率），kJ/s;
We――冷流体的质量流量，kg/s;
V――冷流体（空气）的体积流量，m3/s;
P1一冷流体（空气）的密度，kg/m3;
K换热器总传热系数，W/（m2
Cpc一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kgK）;
S――传热面积，m2;
Atm――蒸汽与空气的对数平均温度差，C。
空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。
综合上面各式即可算出传
热总系数K。
3•传热膜系数的计算
当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为:
式中：
ai――空气在圆管中强制对流的传热膜系数，W/（m2「C；
a蒸汽冷凝时的传热膜系数，W/（m2•C）
当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管而且壁厚b较薄，黄铜导热系数入比较大）时,
111
K12
1
（7）
1
蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K-ai）因此，只要在实验中测得冷、
热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K值，由此求得空气传热膜系数a1）
4•努塞尔数和雷诺数的计算式中：
入一一空气导热系数，W/（m•C；
□一空气的粘度，Pas;
d套管换热器的内管平均直径，m;
pi进口温度ti时的空气密度，kg/m3）
由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S取管子的内表面较为合理，即
S=ndl
本装置d=0•0178m,l=1•327m）
5.空气流量和密度的计算
129急
273
273t
（10）
空气密度pi可按理想气体计算:
式中：
pa当地大气压，Pa；
t――孔板流量计前空气温度，C,可取t=t1；
式计算
空气的流量由1/4喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可由（11）
（11）
式中：
Co――合并整理的流量系数，其值为Co=O.001233;
R――喷嘴流量计的压差计示值，mmH2O。
V1――空气的体积流量，m3/s。
五、实验操作
1.实验前的准备
（1）向电加热釜加水至液位计上端红线处。
（2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。
（3）检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管路的畅通。
（4）接通电源总闸，设定加热电压，启动电热锅炉开关，开始加热。
2•实验开始
（1）当蒸汽压力稳定后，启动旋涡气泵并运行一段时间，保证实验开始时空气入口温度t1（C）稳定。
（2）调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度，使孔板流量计的压差计读数为所需的空气流量值。
（3）稳定5—8分钟左右读取压差计读数，读取空气入口、出口的温度值ti、t2（温度测量可采用热电偶或温度计）、空气压力值pi、空气入、出口之间压力差P2、蒸汽温度值t3及压力值P3,孔板流量计读数P4。
（4）调节空气流量，重复（3）与（4）共测6—i0组数据（注意：
在空气入、出口之间压力差P2最大值与最小值之间可分为6-10段）。
（5）实验过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽锅炉加热过程（蒸汽温度或压力变化较大）不要记录数据。
3．实验结束
（1）关闭加热器开关。
（2）过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。
（3）切断总电源。
六、实验注意事项
1、检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。
特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
2、必须保证蒸汽上升管线的畅通。
在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
3、必须保证空气管线的畅通。
即在接通风机电源之前，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀（见图1所示）必须全开。
在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。
4、调节流量后，应至少稳定5〜10分钟后读取实验数据。
5、套管换热器中积累的热水要及时放掉，以免影响蒸汽传热。
七、实验记录及数据处理
误差分析:
1.给热系数K的计算
序号
1
2
3
4
5
6
7
空气进口处密度PKg/m3
1.209
1.208
1.206
1.204
1.202
1.197
1.192
空气质量流量m2Kg/s
0.0019
0.0024
0.003
0.00350
）.0041
0.0046
0.005
空气流速um/s
7.98
10.09
12.37
14.56
17
19.21
21.01
空气定性温度t平均°C
41.7
42.05
42.4
42.75
43.4
44.25
45.25
定性温度下的空气密度p'Kg/m3
1.213
1.12
1.119
1.118
1.115
1.112
1.108
冷、热流体间的对数平均温差△tmC
58.5
57.91
57.63
57.42
56.74
55.85
46.08
总给热系数Kw/m「C
29.84
37.42
47.1
54.79
64.81
73.38
95.36
2..a2理论值的计算
序号
1
2
3
4
5
6
7
对流给热系数a2W/就「C
29.84
37.42
47.1
54.79
64.81
73.38
95.36
空气黏度卩（X10A-5Pa-s）
1.922
1.924
1.925
1.925
1.93
1.934
1.939
空气导热系数入W/m-K
0.0273
0.0277
0.0278
0.0278
0.0278
0.0275
0.028
雷诺数Re
8058.056
9397.755
11505.064
13529.833
15713.99
17672.405
19209.413
普兰特数Pr
0.7076
0.6981
0.7
0.7
0.697
0.7069
0.6966
努赛尔数Nu
17.49
21.61
23.72
31.53
37.3
42.69
54.49
a2理论值a2'w/就「C
45.54
52.01
61.44
69.93
78.78
86.01
92.96
努赛尔数理论值Nu'
26.69
30.04
35.36
40.25
45.29
50.04
53.16
3.a2理论值与实验值比较
序号
1
2
3
4
5
6
7
a2理论值
45.54
52.01
61.44
69.93
78.78
86.01
92.96
a2实验值
29.84
37.42
47.1
54.79
64.81
73.38
95.36
a2相对误差
0.3448
0.2805
0.2334
0.2165
0.1772
0.1468-
0.0258
1.迪图斯-贝尔特公式有条件范围，而实验数据并非全在其适用范围内，用此公式算出的
NU和a2'误差就可能较大。
2.实验时，等待时间不足，导致数据未稳定时就记录了。
序号
1
2
3
4
5
6
7
04
In（Nu/Pr.）
3
3.22
3.31
3.59
3.76
3.89
4.12
ln（Re）
8.99
9.15
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