实验三、总传热系数与对流传热系数的测定一、实验目的1．了解间壁式换热器的结构与操作原理；2．学习测定套管换热器总传热系数的方法；3．学习测定空气侧的对流传热系数；4．了解空气流速的变化对总传热系数的影响。二、实验原理本实验采用套管式换热器，热流体走管间，为蒸汽冷凝，冷流体走内管，为空气。该传热过程由水蒸气到不锈钢管外管壁的对流传热、从外管壁到内管壁的传导传热、内管壁到冷水的对流传热三个串联步骤组成。实验流程如图1所示。图1.传热实验装置流程图1-空气流量调节阀2-转子流量计3-蒸汽调节阀4-蒸汽压力表5-套管换热器6-冷凝水排放筒7-旋塞8-空气进口温度计9-空气出口温度计10-不凝气排放口套管换热器5由不锈钢管（或紫铜管）内管和无缝钢外管组成。内管的进出口端各装有热电阻温度计一支，用于测量空气的进出口温度。内管的进、出口端及中间截面外壁表面上，各焊有三对热电偶，型号为WRNK-192。不锈钢管规格21.252.75，长1.10米S=doL=0.0734m2紫铜管162，长1.20米S=doL=0.0603m2转子流量计（空气，0~20m3/h，20℃）数字显示表SWP-C40此设备的总传热系数可由下式计算：其中式中：——传热速率，W；——传热面积，m2；S=doL——对数平均温度差，℃——饱和蒸汽温度，℃，根据饱和蒸汽压力查表求得；——分别为空气进、出口温度，℃。通过套管换热器间壁的传热速率，即空气通过换热器被加热的速率，用下式求得：，W其中，Cp应取进、出口平均温度下空气的比热容。W=Vs，其中为进口温度下空气的密度。对流传热系数的计算公式为式中S─内管的内表面积，m2；─空气侧的对流传热系数，W/(m2C)；tm─空气与管壁的对数平均温度差，C。所得到的值可以仿照Dittus-Boelterequation进行关联：式中Re─Reynoldsnumber雷诺准数，Pr─Prandtlnumber普朗特准数，空气的物性参数应取进、出口平均温度下的值。实验过程中，蒸汽阀门和冷凝水排放阀都应保持开通，避免冷凝水在器内积存。空气的流量Vs由转子流量计测得，单位为体积流量m3/h。当通过转子流量计的空气温度不是20℃是，需根据密度变化进行流量校正。若转化为质量流量，需根据通过转子流量计的空气的温度查表得到水的密度，此温度即空气入口处温度。实验过程中，锅炉内的水蒸气压力由控温仪自动控制在0.05（0.04）MPa，此压力为表压力，水蒸气的温度应由其绝对压力查表得到。在此，水蒸气温度为110.4（109.4）℃。三、实验步骤1．实验开始时，先开通锅炉加热器开关，等待蒸汽压力达到设定的0.05MPa，打开放气阀及冷凝水排出阀使套管中空气及积聚的冷凝水排净。放气阀在整个实验过程中，稍稍开启，以便不凝性气体能连续排出，不致积累。然后，打开气泵，通空气，并保持旁路始终开通，避免气泵因憋气过热而烧坏。2．调节空气的流量，从低流速开始，做8个点，每点测量时必须待流速稳定，加热蒸汽压强维持稳定，空气出口温度不变后，才可记录数据。需记录的数据包括：空气的流量和进、出口温度。3．实验完毕后，关闭气泵，关闭加热电源。四、数据处理与讨论1．总传热系数K的测定本实验所用的装置为不锈钢管，相应的数据处理如下：不锈钢管外表面积=0.0734m2内管横截面积1.947310-4m2蒸汽温度T=110.4℃表1.总传热系数的测定数据与处理结果序号空气流量m3/h空气流速m/s空气进口温度℃空气出口温度℃传热速率总传热系数K145.7132.896.982.8430.8257.1332.596.8103.938.4368.5632.596.4123.945.4479.9932.596.0143.647.25811.4132.695.7147.9852.06912.8332.995.3181.464.871014.2633.394.8198.770.381115.6933.794.4215.775.9以第三组数据为例：平均温度tm=(32.5+96.4)/2=64.45C查表，在此温度下空气的比热容为1.007kJ/(kgC)在32.5C的进口温度下，密度为1.155kg/m3若不对流量计读数进行校正，可采用如下计算方法若对流量计进行温度校正，则需采用以下步骤误差为结果表明，K值随空气流量的增加而增大，其值接近空气侧的。2．空气侧对流传热系数i的测定本实验所用的装置为不锈钢管，相应的数据处理如下：不锈钢管内表面积=0.0544m2内管横截面积1.947310-4m2