传热膜系数的测定
传热膜系数的测定
一、实验目的：
1. 掌握空气对壁传热膜系数的测定方法； 2. 学会传热膜系数测定实验数据的处理方法； 3. 了解影响对流传热系数的因数和强化传热的途径。
二、实验原理：
在生产和科研中经常采用间壁式换热器来进行物料的冷却和加热。对于一定结构的换热器，如何强化传热过程，除了设法增大传热推动力之外，就只有提高总传热系数。总传热系数的估算公式可写为： K?11?i?Rsi??Rso?b?1?o （1）
由上式可见，要提高K值，就必须减少各项热阻。但因各项热阻所占的比重往往不同，因此应设法减少对K值影响较大的热阻。
本实验以套管换热器为例，内管走热空气，对管外的水加热，空气侧热阻所占比重较大，实验目的是测定空气侧对流传热膜系数。并验证准数关联式。
影响对流传热过程的因数极多，目前尚不能通过解析法获得对流传热膜系数的理论关系式，必须用实验加以测定。为了减少实验工作量，通过因次分析将主要因数组成若干无因次数群（准数）,在此基础上组织实验并经过数据处理得到相应的关系式。园管内不发生相变流体，在强烈湍流条件下，忽略自然对流的影响，则：
Nu?aoRePr （2） 式中：Nu?bc?d——努塞尔准数（Nusselt） ? ? ——— 对流传热膜系数， W/（m2?C） d ——— 管径 m
? ——— 空气导热系数 w/（m.?C） Re?du?? 雷诺准数（Rernolds）
雷诺数中：?、?为空气定性温度下粘度（Pa,S），密度（kg/m3） u? Pr?
VS0.785d2. Vs可由空气转子流量计读数经换算获得。
Cp??——普兰特准数（Prantl）
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Cp —— 比热 J/ （kg.?C）
因Pr对内管的空气，在定性温度下变化很小，可视为常数，故（2）式可化为：
b Nu?aRe （3）
本实验的另一个目的是要验证以上关系式，方法如下：将（3）式两边取对数， logNu?blogRe?loga，所以，Nu与Re对数成线性关系。实验中可测定一系列的Nu
与Re，然后，用坐标轴所图，从而求得a、b的值。
对流传热膜系数?(即?i)的测定原理： 在稳定传热的条件下：
Q?WhCph(T1?T2)??i?i(T?TW)m 式中:Q——传热量 W；
Wh——空气的质量流量 kg/s 可由空气流量计读数经换算获得； Cph——空气平均温度下比热 J/（kg.?C）； T1,T2——空气进出口温度，?C； ?i——空气对壁的对流传热膜系数，W/（m2.?C）
?i——管内壁表面积，?i??dil m2； (T?T?w)m——对数平均温度差 C； (T?TT2?Tw2)w)(T1?Tw1)?(m? LnTT 1?w1T2?Tw2 式中：Tw1,Tw2分别为空气进出口壁温，?C。 实验测的：Wh,T1,T2,Tw1,Tw2就可以计算?i ?i?QA?T i(Tw)m三、装置和流程
（一）流程图
1. 进水阀 2. 逆流进水阀 3. 并流出水阀 4. 并流进水阀 5. 逆流进水阀 7. 旁路阀 8. 电热器 9. 空气流量计 10. 水流量计 11. 套管换热器
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(4) （5）
（6）
6. 进气阀
传热膜系数的测定
（二）设备规格和技术参数
1． 套管、有机玻璃，内径: 25mm；
2． 内管、紫钢管 ?18?1.5mm，有效长度：2000mm； 3． 套管内 Re?0.9?104~0.9?105, 管 内 Re?3?105~3?106；
4． 热源：3kw电加热，单相，A1人工智能温度自控调节系统； 5． 测温：A1—708J数显温度仪表，Cu铜电阻； 6． 测流量：水：LZB—25 100—1000L/H， 空气：LZB—25 2.5—25m3/h； 7．气源：DC—2C型微音气泵 220V，750W； 风压 ?17kpa; 风量?80m3/h。
四、实验步骤：
1． 打开进水阀“1”，“2”，“5”（逆流）或者“4”和“3”（并流），维持一定的水量； 2． 启动风机（气源），通过“6”和“7”调节一定的空气流量； 3． 接通热源，加热空气，维持空气进口温度“T1”为120C； 4． 在空气、水流量，各温度稳定的条件下，记录以下数据：
逆流时：Wh,Wc,T1,T2,Tw1,Tw2,t1,t3；（实际流程与此相符） 并流时:
?Wh,Wc,T1,T2,Tw1,Tw2,t1,t2。
?5． 实验结束，先关加热器，等T1降到60C以下（手摸空气进口紫铜管不烫即可），
然后关阀“6”阀“1”。
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传热膜系数的测定 五、实验数据纪录：
装置编号：
空气 序号 水 壁温?C t2?c ??流量m3/H T1C T2C 流量L/H t1?c Tw1 Tw2 1 2 3 4 5 6 六、实验数据整理汇总表：
序号 T?Tw)m Qh ((W) (?C) ?i Nu u (m/s) Re logNu logRe (w/m.c) 2?1 2 3 4 5 6 1 计算举例
2. 作图：在方格纸上用Re、Nu的对数作图，找出截距与斜率。计算a 、b值，得出空气对壁对流传热膜系数准数关联式。
七、讨论与结论 八、思考题：
1． 本实验中水与空气逆流、并流对对流传热系数测定由什么影响？为什么？ 2． 本实验中，壁面温度接近空气一侧温度还是接近水一侧温度？为什么？ 3． 本实验中，空气流量如何调节，为什么要利用旁通阀？
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4． 实验结束时，关阀的程序是怎样的，为什么？
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