空气在圆直管内作强制湍流时给热系数测定实验.doc

实验三 空气在圆直管内作强制湍流时给热系数测定实验

一、实验目的
1、学习测定传热系数和给热系数的方法。
2、加强对传热理论的理解。
3、学习化工中常用的准数关联方法及对数坐标纸的使用。

二、实验原理
1、从传热原理知道，对于稳态传热有：
Q=Vs·ρ·Cp·（t2-t1）=K·A·Δtm=α·A·Δt
即
K= Vs·ρ·Cp·（t2-t1）/ A·Δtm
其中
Δtm= t2-t1 / ln[(T-t2)/(T-t1)] (℃)
由于蒸汽冷凝热阻与黄铜管壁热阻远小于内管空气对流给热热阻，可以忽略不计，故有
K ≈ α
2、由因次分析可得知，空气在圆直管内强制湍流传热中，有：
Nu=C·Rem 式中 将上式两边取对数得：
lgNu=lgC+mlgRe
可见，若以Nu与Re在双对数坐标纸上标绘，应得斜率为m截距为lgC的直线。
3、上面式中符号意义
Q ——传热速率，W；
Vs——空气在实验状态下的体积流量，m3/s
A——传热面积，m2
K——总传热系数，W/(m2·K)
Δtm——传热平均温度差，℃
α——空气侧对流给热系数，W/(m2·K)
Δt——给热温度差，℃
t1 、t2——被加热流体进出口温度，℃
ρ——空气在实验状态下的密度，m3/Kg
Cp——空气比定压热容，J/(kg·K)
4、有关参数的测定
空气温度t1 、t2——用热电偶测出电位数值，经转换用数码显示仪显示
空气流量——用转子流量计测出
蒸汽压力——用弹簧压力计测得

三、实验装置
1、实验装置结构及流程见图

2、套管换热器尺寸：内管为黄铜管，Φ31mm×3.5mm，L=1.6m，套管为50mm水煤气管，并覆以保温材料。

四、实验方法
1、首先熟悉实验原理和实验装置结构及流程
2、正确操作顺序：
（1） 启动罗茨鼓风机，并打开空气调节阀，使空气进入套管换热器内管
（2） 打开电热锅炉注水阀，向锅炉注水至1/2~2/3液面处，打开加热器开关，加热并产生一定压力的蒸汽
（3） 打开电热锅炉的出口调节阀，让蒸汽进入套管，并排放套管内空气，仪表盘动态显示系统各温度值
（4） 按动“显示数据”按钮，调入原始数据记录表
（5） 待系统稳定后，按动“确定”按钮，当前一组数据计入原始数据表，在整个测量范围内划分为8个以上测点，并按上述方法记录各组数据
（6） 按动“处理数据”按钮，进入数据处理环境界面，按动“显示结果”按钮，便可查看数据处理结果数据表、曲线及其回归方程式

五、 实验结果
1、PCE-ES处理结果：

2、 Excel数据处理结果：

六、 思考题
1、 影响对流传热系数的因素有哪些？
答：①流体的物性与种类;②流体流动的原因;③流体流动的状态;④传热面的形状;⑤位置与大小等;即可用表达式表示为α=f(ρ,μ,Cp,λ,u,L,βg△T)。
2、 实验数据出现误差的可能原因是什么？
答：未等系统稳定就立即记录数据；实验操作不够流畅等。

七、参考文献
李云飞，葛克山，食品工程原理[M].出版地点：中国农业大学出版社，2002.7。