第六章对流传热系数的测定实验
一、实验目的和要求
(1)掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法,了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。
(2)把测得的数据整理成形式的准数方程,并与教材中公认式进行比较。
(3)了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。
二、实验原理
在工业生产过程中,大量情况下,采用间壁式换热方式进行换热。所谓间壁式换热,就是冷、热两种流体之间有一固体壁面,两流体分别在固体壁面的两侧流动,两流体不直接接触,通过固体壁面(传热元件)进行热量交换。
本装置主要研究汽—气综合换热,包括普通管和加强管。其中,水蒸汽和空气通过紫铜管间接换热,空气走紫铜管内,水蒸汽走紫铜管外,采用逆流换热。所谓加强管,是在紫铜管内加了弹簧,增大了绝对粗糙度,进而增大了空气流动的湍流程度,使换热效果更明显。
(1)间壁式传热基本原理
如图6-1所示,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。
图6-1间壁式传热过程示意图
间壁式传热元件,在传热过程达到稳态后,有
热流体与固体壁面的对数平均温差可由式(6-2)计算:
固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式(6-3)计算:
热、冷流体间的对数平均温差可由式(6-4)计算:
式中:——传热量,;
——分别为热流体、冷流体的质量流量,;
——分别为定性温度下热流体、冷流体的比热,;
——分别为热流体的进、出口温度,;
——分别为冷流体的进、出口温度,;
——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对流传热系数,;
——分别为热流体、冷流体测的传热面积,;
、——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对数平均温差,;
K——以传热面积A为基准的总传热系数,;
A——平均传热面积,;
——冷、热流体的对数平均温差,。
由实验装置流程图可见,本实验的强化管或普通管换热,热流体是蒸汽,冷流体是空气
(2)空气流量的测定
空气在无纸记录仪上显示的体积流量,与空气流过孔板时的密度有关,考虑到实际过程中,空气的进口温度不是定值,为了处理上的方便,无纸记录仪上显示的体积流量是将孔板处的空气密度当作1kg/m3时的读数,因此,如果空气