关于菩萨蛮 李煜的图片:传递过程作业题

对流传热系数的测定
一、实验目的
• 学习总传热系数 K 及对流传热系数 α i 的测定方法；

• 通过实验进一步明确强化传热过程的途径；

• 掌握热电偶壁温的方法；

• 学习如何用实验方法求出描述过程规律的经验公式，并检验通用的对流传热系数的准数关联式 Nu = A · Re m 。

二、实验原理
根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率 Q 以及各有关温度，即可算出 K 和 α i 等。

• 计算热负荷：

根据热负荷计算式得

Q = GC p ( t 出 - t 进 ) 3.7-1

式中： G ——空气的质量流量， kg/s ；

C p —— 空气的定压比热， J/(kg.K) 或 J/(kg. ℃ ) ；

t 出 —— 空气出换热器的温度， ℃ 或 K ；

t 进 —— 空气进换热器的温度 ℃ 或 K 。

通过测定 G 、 t 进 、 t 出 可计算出 Q 。

• 计算总传热系 K :

由传热基本方程式

Q = K i A i ⊿ t m 3.7- 1

得 3.7- 2

式中： K i —— 基于管内表面积的总传热系数测定， W/(m 2 .K);

A —— 换热管内表面积 ,m 2 ;

⊿ t m —— 换热器冷热流体的平均温度差。

• 计算对流传热系数 α ：

依据牛顿冷却定律

Q = α A ⊿ t ' m 3.7- 3

式中： α —— 平均对流传热系数 W/( ℃ ) ；

A —— 传热面积，即与流体接触的壁面积， m 2 ;

⊿ t ' m —— 流体与壁面（或反之）间温差的平均值， ℃ ，：

对管内平均对流传热系数 α i , 其传热面积为 A i ；其 ⊿ t ' m 的平均值取空气与壁温间对数平均值，用下式计算 :

对管外平均对流传热系数 α 0， ，其传热面积为 A 0 ，⊿ t ' m 的平均值取蒸汽与壁温之间的对数平均值，用下式计算；

通过测定空气流量 G 、两流体进出口温度及壁温，再根据有关数据可求出 K 、 α i 、等有关参数。

• 准数关联式

• 流体在在园形光滑直管内作强制湍流时对流传热系数 α i ：

流体在园形（光滑）直管内作强制湍流时对流传热系数的变化规律可用准数式描述 :

Nu =0.023 Re 0.8 Pr 0.4 3.7- 4

式中： Nu —— 努塞乐特准数， Nu ＝ α i d / λ ;

Re —— 雷诺准数， Re ＝ du ρ / μ ;

Pr —— 普兰德准数， ; Pr ＝ C p ? μ / λ .

当定性温度在 50 ∽ 70℃ 时，空气的 Pr ＝ 0.698 ～ 0.694 ，取平均值 0.696 ，

则： Nu ＝ 0.0199 Re 0.8

当气体被加热时，上式中应乘一温度修正系数 ε t ：

ε t ＝ ( T 定 / T w ) 0.5

式中： T 定 ——定性温度， K;

T w —— 管壁温度， K.

此修正系数既考虑到既考虑了热流方向的影响，又考虑到温差数值大小的影响。

本实验中蒸汽压强为 1kgf/cm 2 （表压）时，壁温约为 T w =273+120=393K ，定性温度约为 T 定 =273 ＋ 60 ＝ 333K ， ε t ≈ 0.92

则 N u =0.0183 R e 0.8 3.7- 5

3.7- 6

则：

即管内流体的对流传热系数与管内流速（流量）的 0.8 次方成正比。

（ 2 ）流体在螺旋槽管内的对流传抟热准数方程，

3.7- 7

即：对流传热系数的准数通用关联式 Nu = A · Re m 。

通过实验测定及数据处理，在双对数坐标纸上作图，以求取关联式中的系数 A 与指数 m ，与上式比较。

三、实验步骤及注意事项
• 首先向电热锅炉中加入去离子水至水位计“上红线”处，然后供电，关闭锅炉上方的进水阀并开输汽管线各阀门和放气阀，以排除空气和其它不凝性气体。

• 调整好温度控制器的温度预置值（ 130 或 125 ）待温度比预置值高时，断开用于预热的一或二件电热元件，投入正常运行，在整个供气过程中要随时注意水位，如果水位已达到“下红线”则应停电放汽加水，待重新加水至“上红线”按上述步骤进行。

• 记录流量计前压差计原始示值 a ，启动风机，向套管换热器送空气，（注意：启动风机时，风量计调节阀不能是关闭的，且风量不能太小，当流量计的压差计示值 R 小于 40mmH 2 O 时流量计前压差计中的水将被冲出）。

• 调节蒸汽控制阀使整个实验过程蒸气压力均稳定为 1kgf/cm 2 （表压）。

• 实验过程中要不定时的开启放气阀，以便排除不凝性气体，并不时开启疏水器，以便排除在输汽管路中冷凝的水 ( 实验过程要注意疏水器排水阻汽情况是否正常，若排汽过大，应检查疏水器阀芯是否拧紧在阀座上，若有堵塞现象，可转动阀芯刮去小孔通道内的脏物，再往上拧将脏物排除 ) 。

• 调节空气流量达到最大值，待空气进、出口温度稳定后读取有关数据，调节空气流量从大到小测取 5 ～ 6 组数据，然后再从小到大测取 5 ～ 6 组数据。注意实验数据分布适当。

• 实验完毕，关闭气源，关闭加热电源。清理实验场地。

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