实验设计：热系数测定及调节方法分析

1.实验方案

实验物系：热流体选用饱和水蒸气，冷流体选用空气。

实验的主体设备为套管换热器，空气走管内，蒸汽走管间。由于蒸汽在冷凝传热过程中有热损失，且不易计量。因此，传热速率以冷流体的热量衡算为基准。由式（8-1）、式（8-2）、式（8-4）、式（8-12）、式（8-13）知，只要测得不同空气流量下冷热流体的进、出口温度和换热器两端的壁温，即可计算出相应的αc、αh，并通过数据整理，求出Nu与Re之间的关系。

2.测试点及检测方法

根据实验基本原理和确定的实验方案可知，实验中需测定的原始数据有：空气流量qV，空气进、出口温度t1、t2，水蒸气的温度T（或压力p），内管两端的壁温tw上和tw下，换热器内管的直径d和管长l（用以计算传热面积）。

空气流量qV用转子流量计测定，转子流量计要垂直安装在空气进口管路上，且前后要有足够的稳定段；t1、t2用热电阻温度计测定，并由数字仪表显示；T用热电阻温度计测定，并由数字仪表显示；p用蒸汽压力表测定；tw上和tw下用铜-康铜热电偶测定，并由数字仪表显示。

由于传热元件壁厚较薄，且热电偶埋入内管壁内，因此固体壁面两侧的温差可忽略。于是，冷、热流体的对流传热温差可按下式计算：

总传热温差按下式计算：

原始数据记录表格如表8-1所示。

表8-1 给热系数测定实验的原始数据记录(www.xing528.com)

3.控制点及调节方法

需控制的变量：空气流量qV用转子流量计控制调节；蒸汽温度T用加热器及固态继电器控制。

4.实验装置及流程

主要设备：套管换热器，电加热器及固态继电器控制仪表，鼓风机，蒸汽发生器，转子流量计，蒸汽压力表，铜-康铜热电偶温度计，热电阻温度计。

实验装置的主体设备为垂直安装的长度为1.5m的套管换热器，内管（传热元件）是一根直径为16mm，壁厚为1.5mm，有效长度为1.5mm的紫铜管。在紫铜管的两端外壁面各埋设三对铜—康铜热电偶，并接至数字显示仪表，用于测定壁温。

实验装置流程如图8-2所示，来自鼓风机的空气经转子流量计计量后，从换热器底部进入内管中，与套管间的水蒸气换热后，自换热器顶部出口经排风管排至室外。空气的流量通过旁路调节阀控制。

在空气的进、出口各装有一支热电阻温度计测定空气的温度。内管两端的壁温由热电偶温度计测定。

来自蒸汽发生器的水蒸气从换热器上部进入管间与内管的空气进行换热，冷凝水从换热器底部返回蒸汽发生器。