对流传热实验实验报告.docx

1、对流传热实验实验报告实验三 对流传热实验一、实验目的1.掌握套管对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式中常数A、m的值；2.掌握对流传热系数随雷诺准数的变化规律；3掌握列管传热系数Ko的测定方法。二、实验原理 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 对流传热系数的测定在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 （1）式中：管内流体对流传热系数，W/(m2)； Qi管内传热速率，W； Si管内换热面积，m2； 内壁面与流体间的温差，。 由下式确定： （2）式中：t1，t2 冷流体的入口、出口温度，； Tw 壁面

2、平均温度，； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw 来表示。 管内换热面积： （3）式中：di内管管内径，m； Li传热管测量段的实际长度，m。 由热量衡算式： （4）其中质量流量由下式求得： （5）式中：冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； 冷流体的定压比热，kJ / (kg)； 冷流体的密度，kg /m3。 和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。t1，t2， Tw， 可采取一定的测量手段得到。 对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 . （6） 其中： ，

3、 ， 物性数据、可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： （7）这样通过实验确定不同流量下的与，然后用线性回归方法确定A和m的值。 列管换热器传热系数的测定管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种

4、在管外流动，称为壳程流体。实验装置采用双管程。传热系数Ko用实验来测定 （1）式中：Ko列管传热系数，W/(m2)； Qi管内传热速率，W； SO管外换热面积，m2； 平均温度差，。 由下式确定： （2） （3）式中：t1，t2 冷流体的入口、出口温度，； T1，T2 热流体的入口、出口温度，； 逆流时平均温度差，；温差校正系数，由R、P的查到（课本P100）。 管外换热面积： （4）式中：dO内管管外径，m； LO传热管测量段的实际长度，m。 由热量衡算式： （5）其中质量流量由下式求得： （6）式中：冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； 冷流体的定压比热，kJ / (kg)； 冷流

5、体的密度，kg /m3。 和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。t1，t2， T1，T2， 可采取一定的测量手段得到。三、实验流程和设备主要技术数据 设备主要技术数据见表1 表1 实验装置结构参数紫铜内管内径di（mm）10.0（列管）；8.0（套管）紫铜内管外径do（mm）12.0套管玻璃外管内径Di（mm）37.0套管玻璃外管外径Do（mm）43.0列管玻璃外管内径Di（mm）70.0列管玻璃外管外径Do（mm）76.0测量段（紫铜内管）长度L（m）1.20玻璃转子流量计型号：LZB25泵型号：WB50/025 实验流程如图1所示。 实验的测量手段温度的测量冷水热水进出口温度采

6、用热电阻温度计测得。套管壁温采用热电偶温度计测量。 加热热水箱内装有2组加热器，热水箱为双层保温设计。加热方式采用温度控制加热。图1 水-水传热综合实验装置流程图四、实验方法及步骤 实验前的准备，检查工作。 向水箱中加满水。 接通电源总闸，设定加热表温度为60oC，启动电加热器开关，开始加热。关闭热水端转子流量计阀门，启动热水泵，打开转子流量计阀门，选择一个换热器，使热水循环流动。2. 实验开始. 选择套管换热器。调节热水流量为一定值920L/h。 启动冷水泵用转子流量计调节流量，调好某一流量后稳定3-5分钟后，分别测量冷水的流量，进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小

7、流量到最大流量之间，要测量46组数据。 做完套管换热器的数据后，要进行列管换热器实验。分别记录热水进出口温度冷水进出口温度。实验方法同步骤。 实验结束后，依次关闭加热、泵和总电源。一切复原。五、实验注意事项1、检查加热箱中的水位是否在正常范围内。特别是每次实验结束后，进行下一次实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2、实验管路内部不能有气泡，高位槽一定要有溢流，以保持冷流体流量稳定。表1 套管换热器原始数据及数据整理表No.123456流量（L/h)100150200250300350t1(）15.314.614.214.013.813.6t2(）27.526.324.322.821.8

8、20.7Tw(）44.638.835.633.431.532.3tm(）21.4020.4519.2518.417.817.15m(kg/m3)998998.2998.4998.5998.7998.7m*10060.159.959.759.459.259.2Cpm4.1824.1834.1844.854.1854.185m*100009.837510.0410.34210.64410.94610.946t(）23.2018.3516.3515.013.7015.15Wm(kg/s)0.02772 0.04159 0.05547 0.06934 0.08323 0.09710 u(m/s)0.5

9、529 0.8294 1.1058 1.3823 1.6587 1.9352 Qi(W)1414.40 2035.54 2343.93 2959.44 2786.37 2885.06 （W/m2）2022.47 3679.96 4755.83 6545.12 6747.11 6317.44 Re4487.28 6596.49 8540.20 10373.40 12107.06 14124.90 Nu26.9215 49.1480 63.7297 88.1498 91.1772 85.3708 Pr6.8453 7.0112 7.2481 8.6908 7.7380 7.7380 Nu/(Pr0

10、.4)12.4721 22.5522 28.8571 37.1191 40.2193 37.6580 表2 列管换热器原始数据及数据整理表No.123456流量（L/h)100150200250300350T1(）60.460.360.460.160.560.3T2(）5756.255.955.054.454.0t1(）14.714.113.913.713.613.5t2(）44.737.533.831.630.529.5tm(）29.725.823.8522.6522.0521.5m(kg/m3)996997997.5997.7997.7998m*10061.660.960.560.360.

11、360.1Cpm4.1754.1794.184.1814.1814.182m*100008.21759.02759.43259.6359.6359.8375Wm (kg/s)0.027670.041540.055420.069280.083140.09703u(m/s)0.3539 0.5308 0.7077 0.8846 1.0616 1.2385 Qi(W)3465.25 4062.30 4609.67 5185.26 5874.70 6492.32 26.3014 30.8404 33.3787 33.8151 34.4212 35.0747 0.980.980.990.980.980.

12、9926.8382 31.4698 33.7159 34.5052 35.1237 35.4290 K0(W/m2)485.63 485.52 509.04 565.21 629.09 682.27 Re4288.92 5862.01 7484.17 9160.44 10992.52 12564.40 R0.1133 0.1752 0.2261 0.2849 0.3609 0.3938 P0.6565 0.5065 0.4280 0.3858 0.3603 0.3419 实验分析一 Nu/(Pr0.4)ARem曲线通过实验确定不同流量下的Re与Nu值，并将公式Nu=ARemPr0.4转换为Nu

13、/(Pr0.4)= ARem，以Nu/(Pr0.4)为纵坐标，Re为横坐标做线性回归得右图，并确定出方程为y=0.01464*x0.83454，由此得出A=0.01464,m=0.83454。 二K0Re曲线计算出不同流量下的传热系数K0的值，绘出传热系数K0与雷诺数Re的关系曲线，如右图。流体刚进入湍流时，Re值对K0几乎没有影响，随着Re值的不断增大，传热系数K0明显增大，与Re呈线性关系。三 iRe曲线根据实验数据绘出管内对流传热系数 i随雷诺数Re的关系曲线，如右图，由图可知，对流传热系数 i开始时随着雷诺数Re的增大而增大，几乎呈线性上升，但随着Re的增大， i增长速率逐渐减小，Re到达一个临界值时， i开始减小。