换热系数K的测定

一、实验目的

    1．掌握总传热系数的测定方法，

    2．熟悉传热设备及流程。

    3．了解影响传热系数的因素

二、实验原理

冷热流体通过间壁进行换热时，换热速率可表示为：

式中： K称为总传热系数，依据传热原理，具体表达式为：

q—传热速率，W；

—垂直于热流方向的平均传热面积，；

—传热平均温度差，K。

l—导热系数，W/(m K)

a—给热系数，W/(m2 K)

    根据传热基本方程式： ，则传热总系数：

    传热速率可表示为：

式中       

G—流体的质量流量， ；

—流体在定性温度下的比热，；

—流体在换热器进、出口处的温度差，K。

    在实验设备中，冷流体使用空气，其体积流量可用转子流量计测量，空气的密度可按理想气体定律进行换算，空气的比热可查有关数表，进出口温度用热电偶测量。所以，传热速率可用下式算得：

   在换热器中，若热流体的流量qm1或进口温度T1发生变化，而要求出口温度T2保持原来数值不变，可通过调节冷却介质流量来达到目的。但是这种调节作用不能单纯地从热量衡算的观点理解为冷流体的流量大带走的热量多，流量小带走的热量小。根据传热基本方程式，正确的理解是 ，冷却介质流量的调节，改变了换热器内传热过程的速率。传热速率的改变，可能来自tm的变化，也可能来自K的变化， 而多数是由两者共同引起的。 如果    

2≥1，调节qm2，K基本不变，调节作用主要靠tm的变化。如果2≤1或2≈1,调节qm2,将使tm和K皆有较大变化,此时过程调节是两者共同作用的结果。

三、实验装置图

四、 实验步骤

1． 先开冷空气流量计阀门，调至60L/h等测4组数据；

2． 打开蒸汽发生炉开关，当蒸汽温度上升至设定值105℃，由于存在气阻，必须打开放气阀快速放气一次；

3． 待t2和T稳定不变10min，读取原始数据；

4． 将空气流量调至50L/h，打开放气阀快速放气一次，每改变一次流量，重复打开放气阀快速放气一次；

5． 实验顺序从大流量到小流量，原因是水空气的热容太小，达到热平衡所需时间太长。

五、实验结果讨论与分析

1.  本实验装置是双管程换热器，通过对数平均推动力的计算可知，其对数平均推动力的大小取决于T和t2一端。实验数据表明，在热流体进口条件几乎不变的情况下，随着冷流体流量的减小，对数平均推动力随之下降。

2.  在热流体进口条件不变的情况下，从实验数据看出，热流体的流量从60降至30，换热系数随之增加，增加的幅度较大；说明传热阻力主要在冷流体一则，这恰恰证明了气体的传热阻力远大于水蒸气冷凝的传热阻力。

3.  由于气源流量有限，冷流体的流量不能开大，流量由旁路放空，目的为了不使气体进口温度上升太大。尽可能使冷流体出口温度拉开，这样，实验数据更能说明问题。

4. 传热量、温度推动力随着流量下降而下降，传热系数随着流量的下降而增加，和理论是一致的。2≤1，调节qm2，将使tm和K皆有较大变化，此时过程调节Q是两者共同作用的结果，即tm和K的乘积的结果。