管內强制对流传热膜系数的测定好.docVIP

实验四 管内强制对流传热膜系数的测定 一 实验目的： (1 ) 了解套管式管换热器的结构和传热热阻的组成。 （2）学习测定流体间壁换热总传热系数的试验方法。 （3）掌握近似法和简易Wilson图解法两种从总传热系数实验数据求取对流传热膜稀疏的数据处理方法。 （4）掌握根据实验数据获得传热准数据经验公式的方法和数学工具。 （5）掌握热电偶，UJ-36电位差计和长图式自动记录仪的使用方法。 二 实验任务： （1）在空气-水套管换热器中，测定一系列空气流量条件下冷，热流体进出，口温度。 （2）通过能量衡算方程式和传热速率基本方程式计算总传热系数Kⅰ的实验值。 （3）分别用近似法，简易Wilson图解法求取空气侧对流传热膜系数。 （4）根据实验获得对流传热膜系数和空气流速，整理得到怒塞尔书Nu与雷诺数Re之间的幂函数型经验公式。 （5）把实验获得的经验公式与化工原理教材和参考书中的列出的同类公式进行比较，讨论其异同点。 （6）根据实验装置情况分析实验测试数据的误差来源。 三 实验原理： 流体与固体壁面间的对流传热过程可以用牛顿冷却定律描述： Q=AαΔt=αA(T-tw) 式中: Q─总传热速率,W; α─对流传膜麽系数,W/m2K； A─传热面积,m2； T─流体温度,K； tw─固体壁面温度，K; 由此得： α=Q/（AΔt）=Q/ A(T-tw) 对于多数应用情况而言，直接测量固体壁面的温度是一件相当困难的任务，实验技术成本高且数据准确性差。 对于两股流体间壁换热的情况，直接测量两股流体的温度却是一件相当容易的工作。因此，通过测量两股换热流体温度来推算某一侧流体与壁面间的对流传热系数就成为广泛应用的研究方法。 近似法推算对流传热膜系数α 总传热系数与对流传热膜系数之间的关系为 1/K=1/α1+Rs1+bd1/λdm+Rs2d1/d2+d1/α2d2 (4.1) 式中 α1─冷流体侧的对流传热膜系数，W/(m2*K); α2─热流体侧的对流传热膜系数，W/(m2*K); d1.d2─分别为换热管外径和内径，m； dm─换热管的平均直径，m； b─换热管壁直径，m； λ─换热管材料的导热系数，W/(m*K); Rs1 Rs2─换热管外侧和内侧的污垢热阻,m2*K/W; 本实验中，水流经套管换热器的环隙一侧，流态处于高度湍流，又是良好热流体，其对流传热膜系数可以达到1000{W/(m2*K)}以上；而流经换热管内的空气是不良导热流体，其对流传热膜系数只有几十{W/(m2*K)}。 于是有1/α1?d1/(α2d2) (4.2) 同时本实验装置的换热管材料是紫铜，是优秀的导热材料，其导热系数为383.8{W/(m*k)},而b值只有2mm，于是又有 1/α1?bd1/λdm 因此如果换热管两侧的污垢热阻Rs1，Rs2d1/d2可以忽略，则由式（4.1）可得近似关系: 1/K≈1/α1 即 α1≈K （4.3） 由以上讨论可知，近似法的准确性取决于被忽略热阻与空气侧热阻之间的相对大小。 简易Wilson图解法推算对流传热膜系数α 简易Wilson图解法是基于以下假设条件： 对于换热管的待求侧，流体流速u对传热膜系数α的影响可以用幂函数描述： α=Cun （4.4） 且幂指数n的值已知。 对于本实验，空气侧的关系可以表示为 α=Cu0.8 （4.5） 除此之外的所有非待求热阻之值均与待求侧流体流速u无关。在本实验中，即当u1改变时，下式成立： Rs1+bd1/λdm+Rs2d1/d2+d1/α2d2=常数 当以上假设条件成立时，令 Y=1/K X=1/u0.8 m=1/C B= Rs1+bA1/λAm+R