实验三传热系数K和给热系数a的测定
一、实验目的
1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法；
2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；
3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验原理
在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。
热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。
影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。
为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。
除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。
传热系数是度量换热器性能的重要指标。
为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。
在热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传
热过程中，所涉及的热量衡算为：
Q =KA(T -t)
Q = ：h A h 仃-
t wi)
Q = ： c A c(t w2 一t)
■'"Am
(t wi 72)
T - t w1 ：h A h t w1 ~ tw2 _ tw2 - t
L
A m : c A c
T -t
KA
K 二
K A、A
:h A h A m : c A c
在所考虑的这个传热过程忠, 所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法：n =13-4=9个无因次数群。
该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程。
即:
K f (：1」2)
分别对a 1 a2进行研究：
>1 = f (d1, U1, :1，丄1, C p1, ■ 1)
无因次处理得:
c III
丄)> Nu 二 a 0 Re b Pr c
1) 传热系数K 的实验测定
热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式：
Q - q c :
' c c
pc (t
2 - t
1 )
传热速率式：
Q = KA 心
其中：
(T | 九)-仃2 7)
三、实验组织方法
qc----空气流量计1个；
ti 、 t2 -----冷流体进、出口温度计
2个;
In
T 1 “2
T 2 —ti
两式联立，得：
I,
q c PcCpc (t 2 - ti)
K =
AAt m
2) 给热系数a 的实验测定 热量
衡算式和传热速率方程式 热量衡算式:
Q = q c " c C pc (t 2 _ t i )
传热速率式:
其中:
mc
(t w 上 ~t 2)- (t w 下■ t i )
ln^ h t w 下
_t i
两式联立，得:
q c'c C pc (t 2 -t i )
A %
T-----水蒸汽温度计1个;
tw上、tw下上壁温、下壁温温度计2个；
P ---装1个压力表；
配上套管换热器、蒸汽发生炉、疏水器、阀门管路、凉水塔系统组成如下实验装置。
1）实验流程
2）实验步骤
1. 先开蒸汽发生炉，待上壁温开始升温后，开空气输送开关，调节转子流量计为22；
2. 打开不凝性气体放气阀，“开-关”重复2次；
3. 整个实验操作控制蒸汽压力恒定在0.04Mpa以下某一刻度，改变唯一操作变量即空气转
子流量计阀门开度，达到改变流速的目的；
4. 实验布点采用小流量和打流量分别布点集中原则，因为是直线原因；
5•待冷流体出口温度显示值保持5min以上不变时方可同时采集实验数据；
6.实验结束时，先关蒸汽进口调节阀，保持空气继续流动10min，以足够冷却壁温，保护热电偶接触正常。
四、数据处理
1)原始数据记录
装置号： d 夕卜=19mm ; S = 1.5 mm ; L= 1.3m
序号
蒸汽压力 Mpa
蒸汽温度 C
空气流量 m 3/h
空气进口 C
空气出口 C
下端壁温
C
上端壁温
C
1
2
3
4
5
6
2)数据计算过程
1 +t 2
1.定性温度t m 1
2
，查《化工原理》附录干空气的物理化学性质，内插法求空气平
2
均P , Cp ,入，卩；
2) 换热器流通面积：
2
A 流通=n d 内径 /4 A 换热=n d 内径I 3) 空气流量、流速 流速：u=q/A
4)
传热量
Q =qc 'c C pc (t 2 7)
5)
总传热系数的计算
K 二 qc cCpc(t2 7), A 为换热面积；
Mt m
其中：
■■ t
(T 1
- t 2 ) - (T
2 - t 1)
In"
T 2 _t 1
6) 给热系数a 的计算
7) 准数值
%曲2 W , A 为换热面积;
A %
其中:
'：t
mc
(t w
上一 t ?
) - (t w 下一 t 1)
t W
下 _ t 1
利用实验数据求出准数值，再进行曲线拟合（注意：取全部小组的数据点，不是一两个同学的数据点！）的基础上求出Nu二a°Re b Pr c中的常数a。
、b（c=0.4 ）。
五、思考题
1.何为因次分析法？
2 .影响对流传热系数的主要因素有哪些?
3. 如何强化空气方的传热系数？
4. 该实验过程传热的阻力主要在那里？。