对流传热实验实验报告

1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4.0PrRemANu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㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈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iiiStQ（1）式中：i—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；t—内壁面与流体间的温差，℃。t由下式确定：221ttTtw（2）式中：t1，t2—冷流体的入口、出口温度，℃；Tw—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tw来表示。管内换热面积：iiiLdS（3）式中：di—内管管内径，m；Li—传热管测量段的实际长度，m。2由热量衡算式：)(12ttCpWQmmi（4）其中质量流量由下式求得：3600mmmVW（5）式中：mV—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；mCp—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；m—冷流体的密度，kg/m3。mCp和m可根据定性温度tm查得，221tttm为冷流体进出口平均温度。t1，t2，Tw，mV可采取一定的测量手段得到。⒉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nmANuPrRe.（6）其中：iiidNu，mmimduRe，mmmCpPr物性数据m、mCp、m、m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Pr变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：4.0PrRemANu（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。㈡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，3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OStQKmio（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；mt—平均温度差，℃。mt由下式确定：逆mmtt（2）12211221lntTtTtTtTtm）（）（逆（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mt—逆流时平均温度差，℃；—温差校正系数，由R、P的查到（课本P100）。//21/1112//21=fPRTTPTTTTRTT，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：LodnSoo（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：)(12ttCpWQmmi（5）其中质量流量由下式求得：43600mmmVW（6）式中：mV—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；mCp—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；m—冷流体的密度，kg/m3。mCp和m可根据定性温度tm查得，221tttm为冷流体进出口平均温度。t1，t2，T1，T2，mV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⒈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：LZB—25泵型号：WB50/025⒉实验流程如图1所示。⒊实验的测量手段⑴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。⑵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5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⒈实验前的准备，检查工作。⑴向水箱中加满水。⑵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.⑴选择套管换热器。调节热水流量为一定值920L/h。⑵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4～6组数据。⑶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6口温度冷水进出口温度。实验方法同步骤⑵。⒊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。78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(℃）27.526.324.322.821.820.7Tw(℃）44.638.835.633.431.532.3tm(℃）21.4020.4519.2518.417.817.15ρm(kg/m3)998998.2998.4998.5998.7998.7λm*10060.159.959.759.459.259.2Cpm4.1824.1834.1844.854.1854.185μm*100009.837510.0410.34210.64410.94610.946△t(℃）23.2018.3516.3515.013.7015.15Wm(kg/s)0.027720.041590.055470.069340.083230.09710u(m/s)0.55290.82941.10581.38231.65871.9352Qi(W)1414.402035.542343.932959.442786.372885.06（W/m2·℃）2022.473679.964755.836545.126747.116317.44Re4487.286596.498540.2010373.4012107.0614124.90Nu26.921549.148063.729788.149891.177285.3708Pr6.84537.01127.24818.69087.73807.7380Nu/(Pr0.4)12.472122.552228.857137.119140.219337.6580i9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(℃）29.725.823.8522.6522.0521.5ρm(kg/m3)996997997.5997.7997.7998λm*10061.660.960.560.360.360.1Cpm4.1754.1794.184.1814.1814.182μm*100008.21759.02759.43259.6359.6359.8375Wm(kg/s)0.027670.041540.055420.069280.083140.09703u(m/s)0.35390.53080.70770.88461.06161.2385Qi(W)3465.254062.304609.675185.265874.706492.3226.301430.840433.378733.815134.421235.07470.980.980.990.980.980.9926.838231.469833.715934.505235.123735.4290K0(W/m2·℃)485.63485.52509.04565.21629.09682.27Re4288.925862.017484.179160.4410992.5212564.40R0.11330.17520.22610.28490.36090.3938P0.65650.50650.42800.38580.36030.341910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/(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．K0—Re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．i—Re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。