对流传热综合实验

对流传热综合实验 一、实验目的 1.测定空气在传热管内的对流传热系数，掌握空气在传热管内的对流传热系数的测定方法。 2.把测得的实验数据整理成Nu=BRen形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 3.通过实验提高对准数方程式的理解，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。

二、原理和方法 间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成 1.测定空气传热系数a1 本实验系水蒸汽—空气在套管换热器中进行强制对流的传热过程。 根据牛顿冷却定律：

1.1 传热速率Q的计算 1.2 空气质量流量W的计算 W——空气质量流量，kg/s。 Cp——定性温度下空气的定压比热，kJ/kg .℃；本实验中，空气的定性温度等于空气进、出口温度的算术平均值。 t1、t2——换热管内空气的进、出口温度，℃。 1.2 空气质量流量W的计算

当空气在管内作强制对流传热时，其准数方程式可表示成： 1.3 对数平均温差Δtm的计算 2．确定准数方程式Nu=BRen 当空气在管内作强制对流传热时，其准数方程式可表示成： Nu=BRen

三、实验装置 1. 风机 2. 旁路阀 3. 孔板流量计 4. 空气压力变送器 5. 放空阀 6. 冷凝液排放口7. 玻璃视镜 8. 套管换热器 9. 空气流量调节阀10. 蒸汽流量调节阀11. 加水装置12. 进水阀 13. 蒸汽发生器 T. 蒸汽温度 t1 、t2 . 空气进、出口温度 Tw1、Tw2.蒸汽出口和进口侧的管壁温度

四、实验操作步骤 1.先给蒸汽发生器的水箱加水，直到加水装置的水位不下降为止，实验中应及时加水，保证加水装置内始终都维持有一定的水位。 1）每天第一次运行前必须将蒸汽阀门打开，然后打开排污阀门，使炉内的水及污物完全排尽。 2）检查水箱以保证水箱内无杂物，否则将损坏水泵或卡死止回阀。 3）关闭排污阀，蒸汽阀门仍开启，开启蒸汽发生器的电源开关，此时发出缺水报警，水泵运转对蒸发器补水，直至炉内水位高于低水位时停止报警，达到高水位时水泵停止补水。 4）蒸汽发生器每天至少排污一次。每天工作完毕后，应在断电15分钟后进行排污（否则会烧坏电热管）。排污时应注意安全，防止烫伤。 5）蒸汽发生器所需用水规定为软水或蒸馏水。 6）电控箱、水泵电机等部位应避免受潮进水，以防烧毁。

2.全关风机出口的旁路阀、蒸汽发生器上面的排污阀、放汽阀，全开放空阀、空气流量调节阀、蒸汽流量调节阀和蒸汽发生器上面的进水阀。 3.开启仪表柜上的电源总开关、无纸记录仪电源开关和蒸汽发生器电源开关，再开启蒸汽发生器上的电源开关，此时蒸汽发生器将进入自动工作状态。 4.打开计算机，插狗，调整计算机分辨率在1024×768，运行上位机监控工程软件，进入传热系数测定实验流程示意图界面。在该界面上可监视蒸汽温度、空气进出口温度、换热管进出口侧的管壁温度、孔板流量计的压差和空气压力等过程变量值。

5.当蒸汽发生器有蒸汽产生时（此时可看到在实验装置的放空口处有蒸汽流出）即通道5、7达到90度，开启仪表柜上的风机开关。 6.在第一个空气流量下，应使实验装置持续稳定运行30分钟以上才可认为其传热已达到稳定，此时，点击计算机操作界面上的“采集数据”按钮，可把该空气流量下的所有实验数据（分别是孔板两侧的压差、管内空气的压力、蒸汽温度、空气进出口温度和换热管两端的管壁温度）记录到计算机操作界面右侧的原始数据记录表格上。

7. 慢慢开大旁路阀2的开度，此时空气流量相应减小。空气流量可根据孔板两侧的压差来反映，一般孔板两侧的压差以每次减小0 7.慢慢开大旁路阀2的开度，此时空气流量相应减小。空气流量可根据孔板两侧的压差来反映，一般孔板两侧的压差以每次减小0.5kPa左右为宜。从第二个空气流量开始，传热稳定就比较快，一般只要稳定运行10分钟即可认为传热已达稳定。随后点击“采集数据”按钮就可进行数据采集。 8.当旁路阀全开后，此后要减小空气流量就只能通过空气流量调节阀来调节，实验过程中，最大的空气流量所对应的孔板两侧的压差不能高于3.5kPa ，最小不能低于0.5kPa。因压差读数过大或过小，其相对误差均会较大，从而影响实验精度。

9.每次实验，要求测定8组不同空气流量下的实验数据。实验结束后，点击操作界面上的“导出EXCEL报表”按钮，再根据计算机屏幕的提示，取好待保存的EXCEL文件的文件名，就可将本次测到的所有实验数据导出到EXCEL表格中保存起来，供实验结束后进行实验数据处理时引用。 10.实验结束后，点击“退出”按扭，再关闭蒸汽发生器上的电源开关，全开空气流量调节阀，全关旁路阀，让实验装置尽快冷却。当无纸记录仪上的蒸汽温度下降到95℃以下时，方可关闭仪表柜上的风机开关和无纸记录仪电源开关，再关闭计算机和仪表柜上电源总开关。

五、数据处理 1.将测得的a1～W数据，根据式 和 ，算出相应的Nu～Re值， 2.将算得的Nu、Re值，标绘在以Re为横坐标轴、以Nu为纵坐标轴的双对数坐标上，绘成直线，根据求出的该直线的斜率和截距，从而可确定准数方程式中的指数n和系数B。

六、实验注意事项 1.实验装置的相关仪表学生不得随便打开，以防触电。 2.打开加热电源开关之前，首先观察蒸发器内是否有水，并及时补充水位至2/3处。 3.实验过程要注意防止烫伤（蒸汽发生器及换热器部位）。 4.实验结束后，一定要注意先关加热电源开关，待温度降至30℃以下，方可关闭空气电源开关。

七、思考问题 1.为什么要把实验结果关联成Nu～Re准数方程式，而不用a1～W来关联？ 2.试估算空气侧热阻占总热阻的百分比。 3.在计算冷流体质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算？