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化工原理实验报告

学 院学生姓名专 业学 号年 级之传热实验

Ο一五 年 十一月

二一、实验目的

1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数K； 2.测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数；

3.测定冷空气在不同的流量时，Nu与Re之间的关系曲线，拟合准

数方程。 二、实验原理

（1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为

Q?KA?tm

?tm??t1??t2，?t1?T?t1，?t2?T?t2 ?t1ln()?t2Q?V?Cp(t1?t2)

式中，Q—单位时间内的传热量，W;

A—热蒸汽与冷空气之间的传热面积，m2，A??dl; ?tm—热蒸汽与冷空气之间的平均温差，℃或K K—总传热系数，W/(m2?℃)； d—换热器内管的内直径，d=20mm l—换热器长度，l=1.3m；

3 V—冷空气流量，m/s；

?、Cp—冷空气密度，kg/m3空气比热，J/kg;

t1、t2—冷空气进出换热器的温度，℃； T—热蒸汽的温度，℃。

实验通过测量热蒸汽的流量V，热蒸汽进、出换热器的温度T1

和T2 （由于热蒸汽温度恒定，故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T）,冷空气进出换热器的温度t1和t2，即可测定K。

（2）热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成，其总热阻为：

11bd1d???1 Kh1?dmh2d2其中,h1、h2—热空气，冷空气的给热系数，W/(m?℃)；

d1、dm、d2—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m； ?—内管材质的导热系数，W/(m?℃)。

在大流量情况下，冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态，h2较大，

d1d值较小；?较大，1值较小，可忽略，即 h2d2?dmK?h1

（3）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为

Nu?C'RemPrn。

式中：Nu—努塞尔准数，Nu? Re—雷诺准数，Re?h1d?12W/(m?℃)；，?1—空气的导热系数，

du??,u—热蒸汽在管内的流速，m/s； ；

Pr—普兰特准数，Pr?CP??1 ?—热蒸汽的黏度，Pa?s。

对冷空气而言，在温度范围较大的情况下，Pr基本不变，n为常数，则上式可简化为：Nu?CRem，式中C?C'Prn。