空气-蒸汽给热系数测定实验_实验报告

空气－蒸汽对流给热系数测定

取序1作为计算实例：

实验数据：

空气进口温度 t1=34.7℃； 空气出口温度 t2=78.6℃；

空气进口处蒸汽温度T1=108.7℃； 空气出口处蒸汽温度T1=108.7℃；

3

空气流量V=20.0m/h；

数据处理：

空气进口密度105t4.51023t1.29161.1475kg/ m3，t=t1；

空气质量流量m2V=0.0064kg/s； 空气流速u=27.63m/s； 空气定性温度 t2-t1= 43.9℃；

换热面积Ad1l1= 0.0503m2； 空气的比热 Cp2=1005 J / (kg ∙℃)； 对数平均温度 tmt1t22=56.65℃；

T1t2T2t1lnT1t2T2t1=48.80℃；

总给热系数 K流体粘度m2cp2t2t1Atm62= 114.65511 W/(m2·℃)；

3(210t510t1.7169）105= 1.994E-05 Pa·s,t=定性温度；

流体导热系数2108t28105t0.0244= 0.0288678 W/(m·℃)； 雷诺数 Redu= 23699.222；

普兰特数 Prcp2d= 0.6940949；

0.80.4理论值 α=0.023杜赛尔数NudRePr= 113.33827W/(m2·℃)；

= 62.817787。

八、实验结果与分析

1、冷流体给热系数实验计算值与理论值列表比较： 次序 1 2 3 4

5 6 7

总给热系数 K 114.66 108.93 99.71 86.51 70.73 53.68 46.05 理论值 α 113.34 103.93 94.78 81.14 65.05 47.77 38.48 误差 1.16% 4.81% 5.21% 6.62% 8.73% 12.36% 19.68% 分析讨论： 1）在对实验值与理论值进行比较得，在温度的较小时误差较大，随着温度

的升高，误差减小。但在t1=34.7℃时误差最小，即在空气流速最大时，产生的误差最小。所以迪图斯-贝尔特公式在本实验中适合于空气进口温度为31~39℃，此时误差较小。

2）产生误差的原因可能有：随着温度的升高，气体的粘度增大；空气流量

减小使空气流速减小使传热过程更复杂。 2、实验数据图表：

由图表得拟合曲线方程：y = 0.8x - 3.7723； 则m =0.8； ln(A)=-3.7723； A=e-3.7723=0.0230；

所以实验数据可证明教材中的经验式Nu/Re0.4=0.023Re0.8的准确性。

思考题：

1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？

答：无影响。因为Q=αA△tm，不论冷流体和蒸汽是迸流还是逆流流动，由于蒸汽的温度不变，故△tm不变，而α和A不受冷流体和蒸汽的流向的影响，所以传热效果不变。 2、在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。

答：不一致。计算空气质量流量时所用到的密度值是冷流体进口温度下对应的密度；求雷诺数时的密度值时是冷流体进出口算术平均温度对应的密度。

3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响，如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？

答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速率。在外管最低处设置排水口，若压力表晃动，则及时打开排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走。

在不同压强下测试得到的数据，将会对α产生影响，因为PV=nRT，P与V是变量，P变化后T也随之改变，T改变后，蒸汽进口处的温度就会改变，△tm也会改变。