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对流传热实验实验分析报告 对流传热实验实验报告 作者：日期： 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i 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4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i 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i 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i 可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ?= （1） 式中：i 管内流体对流传热系数，W/(m 2?)； Q i 管内传热速率，W ； S i 管内换热面积，m 2； t ?内壁面与流体间的温差，。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 冷流体的入口、出口温度，； T w 壁面平均温度，； 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t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S = （3） 式中：d i 内管管内径，m ； L i 传热管测量段的实际长度，m 。 由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W = （5） 式中：m V 冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp 冷流体的定压比热，kJ / (kg ·)； m 冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m 可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 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 n m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu = ， m m i m d u =Re ， m m m Cp =Pr 物性数据m 、m Cp 、m 、m 可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，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 O S t Q K m i o ?= （1） 式中：Ko 列管传热系数，W/(m 2?)； Q i 管内传热速率，W ； S O 管外换热面积，m 2； m t ?平均温度差，。 m t ?由下式确定： 逆m m t t ?=? （2） 1 22 1122 1ln t T t T t T t T t m -=?） （）（逆 （3） 式中：t 1，t 2 冷流体的入口、出口温度，； T 1，T 2 热流体的入口、出口温度，； 逆m t ? 逆流时平均温度差，； 温差校正系数，由R 、P 的查到（课本P 100） 。 () /21/1112/ 21=f P R T T P T T T T R T T -= -= =-，冷流体的温升 两流体的最初温度差热流体的温降 冷流体的温升 管外换热面积： Lo d n S o o = （4） 式中：d O 内管管外径，m ； L O 传热管测量段的实际长度，m 。 由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （5） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W = （6） 式中：m V 冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp 冷流体的定压比热，kJ / (kg ·)； m 冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m 可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T 1，T 2， m V 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d i （mm ） 10.0（列管）；8.0（套管） 紫铜内管外径d o （mm ） 12.0 套管玻璃外管内径D i （mm ） 37.0 套管玻璃外管外径D o （mm ） 43.0 列管玻璃外管内径D i （mm ） 70.0 列管玻璃外管外径D o （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：LZB 25 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60o C，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. 1 2 3 4 5 6 流量（L/h) 100 150 200 250 300 350 t 1(） 15.3 14.6 14.2 14.0 13.8 13.6 t 2(） 27.5 26.3 24.3 22.8 21.8 20.7 T w (） 44.6 38.8 35.6 33.4 31.5 32.3 t m (） 21.40 20.45 19.25 18.4 17.8 17.15 m (kg/m 3) 998 998.2 998.4 998.5 998.7 998.7 m *100 60.1 59.9 59.7 59.4 59.2 59.2 Cp m 4.182 4.183 4.184 4.85 4.185 4.185 m *10000 9.8375 10.04 10.342 10.644 10.946 10.946 t(） 23.20 18.35 16.35 15.0 13.70 15.15 W m (kg/s) 0.02772 0.04159 0.05547 0.06934 0.08323 0.09710 u(m/s) 0.5529 0.8294 1.1058 1.3823 1.6587 1.9352 Q i (W) 1414.40 2035.54 2343.93 2959.44 2786.37 2885.06 （W/m 2·） 2022.47 3679.96 4755.83 6545.12 6747.11 6317.44 Re 4487.28 6596.49 8540.20 10373.40 12107.06 14124.90 Nu 26.9215 49.1480 63.7297 88.1498 91.1772 85.3708 Pr 6.8453 7.0112 7.2481 8.6908 7.7380 7.7380 Nu/(Pr 0.4) 12.4721 22.5522 28.8571 37.1191 40.2193 37.6580 i 表2 列管换热器原始数据及数据整理表 No. 1 2 3 4 5 6 流量（L/h) 100 150 200 250 300 350 T1(）60.4 60.3 60.4 60.1 60.5 60.3 T2(）57 56.2 55.9 55.0 54.4 54.0 t1(）14.7 14.1 13.9 13.7 13.6 13.5 t2(）44.7 37.5 33.8 31.6 30.5 29.5 t m(）29.725.823.8522.6522.0521.5m(kg/m3) 996997997.5997.7997.7998m*100 61.660.960.560.360.360.1 Cp m 4.175 4.179 4.18 4.181 4.181 4.182m*10000 8.21759.02759.43259.6359.6359.8375 W m (kg/s) 0.027670.041540.055420.069280.083140.09703 u(m/s) 0.3539 0.5308 0.7077 0.8846 1.0616 1.2385 Q i(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 0.980.980.990.980.980.99 26.8382 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 Re 4288.92 5862.01 7484.17 9160.44 10992.52 12564.40 R 0.1133 0.1752 0.2261 0.2849 0.3609 0.3938 P 0.6565 0.5065 0.4280 0.3858 0.3603 0.3419