实验讲义修改11-9.

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1、实验一压头转换实验实验目的1. 理解留题流动中各种能量与压头的概念及其相互转换关系，进而掌握柏 努利方程；2. 观察流速与压头的变化规律实验原理1. 流体在流动时具有三种机械能，即（ 1）位能、（2）动能、（ 3）静压能。 这三种能量可以相互转换。当管路条件（如位置高低、管径大小）改变 时，他们便不断地自行转换。如果粘度为零的理想流体，因为不存在因 摩擦和碰撞而产生的机械能损失，那么同一管路的任何二个截面上尽管 三种机械能彼此不一定相等，但是这三种机械能的总和是相等的。2. 对实际流体来说，则因为存在粘度，流动过程中总有一部分机械能因摩 擦碰撞而损失，即转化为热能了。而转化为热能的机械能在管路

2、中是不 能恢复的。这样，对实际流体来说，两个截面上机械能的总和则是不相 等的，两者差额就是流体在两个截面之间因摩擦和碰撞转化为热的机械 能。因此在进行机械能的衡算时，就必须讲这部分损失了的机械能加到 第二个截面上面。3. 上述几种机械能都可以用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体 力学中，把表示各种机械能的液体柱高度称为压头。表示位能的称为位 压头（ H 位）；表示动能的称为动压头（ H 动）；表示压力能的称为静压头 （H 静）；表示已损失的机械能称为损失压头（ H 损）。4. 当测压管上的小孔与水流方向垂直时，测压管的液位高度（从测压孔算 起）即为静压头，它反映测压点处液体的静压强大小；

3、测压孔处液体的 位压头则有测压孔的几何高度决定。5. 当测压管上的小孔正对水流方向时，测压管内液位将上升，上升的液体 高度，即为测压孔处流体动压头。它反映出该点处流体动能的大小。这 时测压管中液柱高度则为静压头和动压头之和。6. 任何两个截面之间，位压头、动压头和静压头三者总和之差即为损失压 头。它表示流体流经两个截面之间时机械能的损失。损失压头与流体的 动压头、流过的导管长度及管径有关。其关系如下： 动压头越大，通过的管子越长，则压头损失越大，而管径增大则损失压 头减小。三、实验装置实验装置由水槽、管路以及测压管三部分组成（见图11）。水槽设有进水管与溢流管，用于保持液位恒定。管路分为四段。

4、由大小不同的两种规格的玻璃管组成，其中 A 截面的直径 14mm B截面的直径28mm C截面、D截面的直径14mm以D截面中心线为零基 准面（即标尺为256毫米）ZD=153。A截面和D截面的距离为103mm每段管路上设有二支玻璃的测压管， 左边一支可测量该截面的静压头， 右边一支测压孔正对水流，可测动压头与静压头之和出口调节阀回流阀阀溢流亠咼恒嘈图1-1压头转换实验装置四、实验步骤1. 将低位槽灌有一定数量的水，关闭离心泵出口调节阀门及实验测试导管出 口调节阀门而后启动离心泵。2. 逐步开大离心泵出口调节阀当高位槽溢流管有液体溢流后，调节导管出口 调节阀为全开位置。3. 流体稳定后读取A、

5、B、C、D截面静压头和冲压头并记录数据。4. 关小导管出口调节阀重复步骤。5. 分析讨论流体流过不同位置处的能量转换关系并得出结果。6. 关闭离心泵，实验结束。五、使用设备时应注意的事项：1 不要将离心泵出口调节阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。2. 当导管出口调节阀开大应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降 时应适当开大泵出口调节阀。3 .导管出口调节阀须缓慢地关小以免造成流量突然下降测压管中的水溢出管 外。4 .注意排除实验导管内的空气泡。5 .离心泵不要空转和出口阀门全关的条件下工作。六、数据记录水温：(一)压头测量结果H值次别项目位置水流量(m /s

6、)ABCD正对垂直正对垂直正对垂直正对垂直12345(二)流速计算 项 目 置动压头+ 静压头(m)静压头(m)动压头(m)点速度(m?s-1)平均流速(m?s-1)按所测体积流 量计算点A点B点C点D五、思考题1. 当进水阀关闭时，各测量管内液位高度H有无变化？这一现象说明什么？这一高度H的物理意义又是什么？2. 用静力学原理分析截面C和截面D的静压头哪个大？为什么？测压孔正对水流方向的测量管，其液位高度H 的物理意义是什么？实验二流体流动类型及临界雷诺数的测定实验目的1观察流体流动过程中不同的流动型态及其变化过程;2测定流动型态变化时的临界雷诺数实验原理流体充满导管作稳态流动时基本上有两种

7、明显不同的流动型态：滞流（也叫层流）和湍流。当流体在管中作滞流流动时，管内的流体各个质点沿管轴作相互 平行而有规则的运动，彼此没有明显的干扰。当流体作湍流流动时，各个质点紊 乱地向各个不同的方向作无规则的运动。流体的流动型态不仅与流体的平均流速有关， 还与流体的粘度卩、密度p和 管径d等因素有关。也就是说流体的流动型态取决于雷诺准数的大小。Re(2 1)式中：d管子内径（m）u 流体流速（m/s）3? 流体密度（kg/m ）J流体粘度（Pa? s或kg/m? s）根据雷诺实验，流体在平直圆管中流动时，当雷诺数小于某一临界值时为 滞流（或层流）；当雷诺数大于某一临界值时为湍流；当雷诺数介于二者之

8、间时 则为不稳定的过渡状态，可能为滞流，也可能为湍流。对于一定温度下的某种介质在特定的圆管内流动时，流体的粘度 卩、密度 p和管径d等均为定值，故雷诺数Re仅为流体平均流速u的函数。流体的流速 确定后，雷诺数即可确定。流体流动型态发生变化时的流速称为临界速度，其对应的雷诺数称为临界 雷诺数。本实验以水为介质、有色溶液为示踪物，使其以不同的流速通过平直玻璃 管，便可观察到不同的流动型态，同时根据流动型态的变化，可确定临界速度与 临界雷诺准数。三、实验装置本实验装置如图2 1所示，主要由稳压溢流水槽5、试验导管（内径24.2mm） 6缓冲水槽5和转子流量计6组成。水由循环水泵供给或直接由自来水龙头

9、输 入稳压溢流水槽，经稳压后流经试验导管、缓冲水槽及转子流量计，最后流回低 位水槽或排入下水道，稳压溢流槽溢流出来的水也返回低位槽或排入下水道。示踪物由液瓶1经调节夹10、试验导管3至下水道。(3)待实验管道的红色消失时,关闭阀门101-墨水瓶 2-针头 A进水阀 乳胶管 5-水箱 6-水平玻璃管T-出口阀门 4温度计 9-放气阀10-放ZK阀11 涼量计图2 - 1雷诺试验装置四、 实验步骤1. 雷诺实验的过程(1) 关闭流量调节阀10、7、9,打开进水阀3,使自来水充满水槽,?并使 其有一定的溢流量。(2) 轻轻打开阀门10,让水缓慢流过实验管道。使红水全部充满细管道中。(3) 调节进水阀

10、,维持尽可能小的溢流量。(4) 缓慢地适当打开红水流量调节夹，观察当前水流量下实验管内水的流 动状况。读取流量计的流量并计算出雷诺准数。(5) 增大进水阀3的开度，在维持尽可能小的溢流量的情况下提高水的流 量。使水通过试验导管的流速平稳地增大，至试验导管内直线流动的红色细 流开始发生波动而呈明显的 S型时，读取此时流量计的流量并计算出雷诺准 数。(6) 继续开大调节阀3的开度，使水流量平稳增大。当流量增大到某一数值后，红色溶液一进入试验导管立即被分散成烟雾状并迅速扩散到整个管子。这表明流体的流动型态已成湍流。记下此时流量计的流量并计算出雷诺准数。(7)这样的试验操作反复数次(至少 5-6次)，

11、以便取得重复性较好的试验数据。2. 实验结束时的操作(1)关闭红水流量调节夹，使红水停止流动(4)若日后较长时间不用,请将装置内各处的存水放净。五、数据记录1、试验设备基本参数：试验导管内径：d=24.2mm2、试验数据记录与整理：水温：C水的密度：kg/m3水的粘度：Ps?s实验记录和数据整理可参考下表：序号流量(L/h)流速(m/s)雷诺准数Re观察现象流 型1管中一条红线2管中一条红线管中一条红线3管中红线波动4管中红线波动5管中红线波动6红水扩散7红水扩散8红水扩散六、思考题1、影响流体流动型态的因素有哪些？2、为什么说再实验时流速可作为判断流动型态的唯一依据？3、生产中无法通过观察来

12、判断管内流体的流动状态， 你可用什么反复来 判断呢？试验三流量计的校正实验目的1、了解转子流量计的构造和工作原理；2、掌握转子流量计的使用方法和校正方法;3、测定流量与转子高度的校正曲线。实验原理转子流量计的构造如图3-1所示。它是由一根垂直的略显锥形的玻璃管和 转子（或称浮子）组成的。锥形玻璃管截面积由上而下逐渐缩小，流体由下而上 流过。流量与环隙截面积大小成比例。当流体以一定流量通过环隙，且作用于转 子下端与上端的压力差、流体对转子的浮力和转子的重力三者相平衡时，转子就 停留在一定的位置上。流量发生变化时，转子将移到新的位置，继续维持新的平 衡。转子的位置高度反映流体的流量。图3- 1转子

13、流量计qv与转子所在(31)一定条件下，对于一定的流体，通过转子流量计的体积流量 位置的高度H成正比：qKH式中：qv 流体的体积流量L/min （实测值）H 转子所处的高度（格数）K 常数（即校正系数）通过实验可作出qv与H的校正曲线供使用，同时可求出校正系数 K。 使用转子流量计时应注意以下几点：1）流量计应垂直安装；2）为防止混入机械杂质，在流量计上游应安装过滤装置；3）读取不同形状转子的流量计刻度时， 均应以转子最大截面处作为 度数基准。三、实验装置本实验装置如图3- 2所示。用离心泵3将贮水槽1的水直接送到实验管 路中，经涡轮流量计计量后分别进入到转子流量计、文丘里流量计，最后返回

14、贮水槽1。用文丘里流量计测量时把阀门 5打开，阀门6关闭；转子流量计测 量时把阀门6打开，阀门5关闭。流量由调节阀5、6来调节，温度由铜电阻 温度计测量。测定时选定转子的高度，通过涡轮流量计或文丘里流量计计量水的流量， 可知转子在这一高度上的实际流量。通过多次改变转子的高度，测定相应高度 的实际流量，即可作出转子流量计的校正曲线，求出校正系数 K。图3 2流量计实验流程示意图1-水箱；2-放水阀；3-离心泵；4-排水阀；5-文丘里流量计调节阀； 6-转子流量计调节 阀；7-转子流量计；8-文丘里流量计；9-平衡阀；10-压力传感器；11-涡流流量计四、实验步骤1. 关闭泵流量调节阀5、6,启动

15、离心泵。2测取转子流量计的性能，按流量从小到大的顺序进行实验。 在阀门5全关 闭的情况下，用流量调节阀6调节流量，读取涡轮频率数和转子流量计读数。3用温度计读取温度数据。4实验结束后，关闭流量调节阀5、6,停泵。五、操作时应注意的事项1阀门5、6在离心泵启动前应关闭，避免由于压力大将转子流量计的玻璃 管打碎。2. 测量转子流量计性能时，另一支路即文丘里支路调节阀5必须关闭；同 样测量文丘里流量计性能时，转子流量计支路调节阀 6必须关闭。3. 水质要清洁，以免影响涡轮流量计的运行。五、 实验数据记录和校正曲线1实验记录工作介质流体温度C实验记录表格装置编号：1转子流量计量程：0.25-2.5m3

16、/h管路直径：0.026m涡轮流量计仪表常数：830.54 （次/s）水温：涡轮流量计转子流量计读数由涡轮流量计频率算出的流量(f)(L/h)3(m /h)123456789101112装置编号：1转子流量计量程：0.25-2.5m3/h管路直径：0.026m文丘里流量计喉径：0.015m水 温：文丘里流量计转子流量计读数由文丘里流量计算岀的流量( P)(L/h)(L/h)1234567891011122、校正曲线校正曲线以文丘里流量 qv为纵坐标，转子流量计为横坐标，在坐标纸上作图 直线的斜率即为校正系数K。六、思考题1流量计为什么要标定？2、转子流量计中转子没有浮起来，是否表示没有流体通过

17、？3、若作出的直线不通过原点，说明什么？实验四管路流体流动阻力的测定实验目的1掌握流体流动阻力的测定方法2、测定流体流过直管时的摩擦阻力， 并确定摩擦系数入与雷诺数Re的关系3、测定流体流过管件的局部阻力，并求出阻力系数。实验原理流体在管路中流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地会引起压 力损耗。这种损耗包括流体经过直管的沿程阻力以及因流体流动方向改变或因管 子大小形状改变所引起的局部阻力。1直管阻力损失的测定不可压缩流体连续稳定地在直管中流动时， 相距l米的任意两个截面1 1和 22间的机械能恒算可以用下式来表示：gZi2 2号厲号hf(4 1)或者2 2(4 2).旦.比.生.g

18、2g-g 2g式中：zi，Z2 截面1 1和截面22距基准面的高度，m p1，p2 流体在截面1 1和截面22处的绝对压强，Pa； U1，U2流体在截面1 1和截面22处的流速，ms1;流体的密度，kgm3hf 单位质量流体流过I米距离时的直管阻力损失，J kg1H f 单位重量流体流过I米距离时的直管阻力损失，m当两个截面管径相等，并处于同一水平面时，则有Z| 二 Z2，U| 二 u2 二 u分别代入式（41）和式（4 2）得：(4 3)以及Hf=/L、p( 4-4)应用上述两式均可计算出流体的直管阻力损失，其大小主要体现在所取两截面的压差R -P2上。因此，只需测得所取截面的压差，便可得到

19、直管阻力损失2、直管摩擦系数入和雷诺数Re的测定当流体在圆形直管内流动时，直管的阻力损失可通过范宁(Fanning)公式进l 2行计算：hf 二U(4-5)d 2或(4 6)l u2d 2g式中： 直管的摩擦系数，无量纲; l直管的长度，m； d 直管的内径，m；大量实验研究表明，摩擦系数与流体的密度、粘度卩、管径d、流速u 和管壁粗糙度e有关应用因次分析的方法，可以得出摩擦系数与雷诺数和管壁相 对粗糙度e/d存在函数关系，即：一 f(Ref)(4-7)d通过实验测得和Re数据，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。当 Re v 2000时，摩擦系数与管壁粗糙度e无关；当流体在直管中呈湍流时，不仅

20、 和Re有关，而且与管壁相对粗糙度 e/d有关。3、局部阻力系数Z的测定在化工设计和工程计算中，局部阻力损失的计算有两种方法，即当量长度法 和局部阻力系数法。对于当量长度法，仍然采用式(4 5)或式(4 6)来计算。 不过此时要将式中的直管长度l用当量长度le代替。若采用阻力系数法，则通常采用下列公式进行计算2.uhf 二 U2(4-8)或2 uHf2g(4-9)式中： 一一管件的局部阻力系数，无量纲;hf管件的局部阻力损失，J-kgHf 管件的局部阻力损失，m。只要测得了管件的局部阻力损失，即可以通过上式计算出管径的局部阻力系 数。本实验中，管件的局部阻力损失hf或H；的测量系统与直管阻力损

21、失的测量 类似，不同的是在管路系统中接入了需要测量的管件。通过U形水柱压差计测出管件两端的压差，然后用式（4 3）或（4 4）求出管件的局部阻力损失（此 时须将式中的hf或H f分别相应地换成hf或H f）。将求出的局部阻力损失hf或Hf的值代入式（4 8）或（4 9），就可以求出管件的局部阻力系数三、实验装置实验流程示意图见图1。水泵2将储水槽1中的水抽出，送入实验系统，首先经玻璃转子流量计15、16测量流量，然后送入被测直管段测量流体在光滑管或粗糙管的流动阻力，或经10测量局部阻力后回到储水槽，水循环使用。被测直管段流体流动阻力p可根据其数值大小分别采用变送器 12或空气-水倒置U型管22

22、来测量。有关设备数据：被测光滑直管段：管径d 0.008m ; 管长L 1.698m ; 材料一不锈钢管被测粗糙直管段：管径d 0.010m ; 管长L 1.698m ; 材料一不锈钢管被测局部阻力直管段：管径d0.015m ;管长 L 1.2m ;材料一不锈钢管玻璃转子流量计：型号测量范围LZB 401001000(L / h)LZB1010100(L / h)g22-10)11611f11I. J 4 i J 1 n 1 f 丰豈+.*胃*蛊 I- nna U图4-1流体流动阻力测定装置1-水箱；2-离心泵；3、4-放水阀；5、13-缓冲罐；6-局部阻力近端测压阀；7、15-局部阻 力远端

23、测压阀；8、20-粗糙管测压回水阀；9、19-光滑管测压阀；10-局部阻力管阀；11-U 型管进水阀；12-压力传感器；14-流量调节阀；15、16-水转子流量计；17-光滑管阀；18- 粗糙管阀；21-倒置U型管放空阀；22-倒置U型管；23-水箱放水阀；24-放水阀；四、实验步骤1. 向储水槽内注水，直到水满为止。2. 大流量状态下的压差测量系统，应先接电预热1015分钟，调好数字表的零点，然后启动泵进行实验。3. 光滑管阻力测定： 关闭粗糙管阀18、粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8，将光滑管阀17全开。 在流量为零条件下，打开光滑管测压进水阀 19和回水阀9,旋开倒置U 型管进水

24、阀11，检查导压管内是否有气泡存在。若倒置 U型管内液柱高度差不 为零，则表明导压管内存在气泡，需要进行赶气泡操作。导压系统如图4-2所示。操作方法如下：开大流量，使倒置 U型管内液体充分流动，以赶出管路内的气泡；若认为气泡已赶净,将流量阀关闭；慢慢旋开倒置U型管上部的放空阀26,打开阀19,使液柱降至零点上下时马上关闭，管内形成气-水柱，此时管内液柱高度差应为零。然后关闭放空阀26。图2 导压系统示意图13-粗糙管测压进水阀；14-直管压力传感器；15-粗糙管测压回水阀；16-光滑管测压回 水阀；17-光滑管测压进水阀；18-U型管进水阀；19-排水阀；20-U型管出水阀；26-U 型管放空

25、阀该装置两个转子流量计并联连接，根据流量大小选择不同量程的流量计测量流量差压变送器与倒置U型管也是并联连接，用于测量直管段的压差，小流 量时用倒置U型管压差计测量，大流量时用差压变送器测量。应在最大流量和最 小流量之间进行实验，一般测取 510组数据。当流量小于300L / h时，只用 倒置U型管来测量压差。4. 粗糙管阻力测定：关闭阀17、光滑管测压进水阀19、光滑管测压回水阀9，全开阀18，旋开粗糙管测压进水阀20、粗糙管测压回水阀8,逐渐调大流量调节阀，赶出导 压管内气泡。 从小流量到最大流量，一般测取 510组数据 直管段的压差用差压变送器测量。光滑管和粗糙管直管阻力的测定使用同一差压

26、变送器， 当测量光滑管直管阻 力时，要把通向粗糙管直管阻力的阀门关闭； 同样当测量粗糙管直管阻力时，要 把通向光滑管直管阻力的阀门关闭。5. 局部阻力测定 关闭阀门17和18，全开或半开阀门10,改变流量，用差压变送器测量远点、近点压差。远点、近点压差的测量使用同一差压变送器。 当测量远点压差时，要把通向 近点压差的阀门关闭；同样当近点压差时，要把通向远点压差的阀门关闭。6. 测取水箱水温。7. 待数据测量完毕，关闭流量调节阀，停泵。五、数据记录表1光滑管数据表（第套设备）装置编号：光滑管内径：8mm ；管长：1.690m ；液体温度：液体密度：液体粘度：序号流量（L/h）直管压差 P P流速

27、uRe入(kPa)(mmH2O)(Pa)(m/s)123456789表2粗糙管数据表（第 套）装置编号：粗糙管内径：10mm ;管长：1.690m;液体温度：液体密度：液体粘度：序号流里（L/h）直管压差 P P流速uRe入(kPa)(mmH 2O)(Pa)(m/s)12345678910表3 局部阻力实验数据（第套设备）序号流里Q/(L/h)近点压差凶近/kPa远点压差远 /kPa局部阻力压差即局部阻力/Pa流速u / (m/s )阻力系数12345678910六、思考题1为什么要排除管路及测压导管中的空气？2、压差计使用前后为什么要排除掉支管中的气体？如支管中有气泡对本实 验有何影响？3、

28、本实验求得的入一Re曲线，对其他流体是否适用？为什么？4、测压导管的粗细、长短对测量结果有无影响？为什么？实验五离心泵性能的测定实验目的1了解离心泵的结构与特性2、熟悉离心泵的启动与操作3、掌握离心泵的特性曲线的测定方法实验原理离心泵是应用最广的一种液体输送设备，它的主要特性参数包括流量Q、扬 程He、功率N和效率n的特性曲线。这些参数之间存在一定的关系。在一定转 速下，He、N和n都随着输液量Q的变化而变化。通过实验测定不同 Q、He、N 和n的值，就可以作出泵在该转速下的特性曲线。1）流量Q的测定转速一定，用泵出口阀调节流量。用秒表计时，管路中流过的液体量通过量 桶来测量或通过流量计测量得

29、到。2）扬程He的测定根据泵进出口管上安装的真空表和压力表度数可计算出扬程：2 2He=H压+H真+0诗(51)式中：H压，H真一一压力表和真空表的读数， m液柱ho 压力表和真空表表心的垂直距离， mUi， U2泵进、出口管内的流速，m/s由于本实验装置的吸入管与压出管的管径相同，两截面上的平均流速相等，即2 22g又由于吸入导管与压出导管上两测压口之间的垂直距离很小，即h0 = 0因此，式(5- 1)可简化为：He = H 压+ H 真(5-2)由此可见，两个压差计的读数直观地反映了离心泵的扬程。我们只要测定泵的进口真空度和出口的表压，便可求出泵在某一转速下，某一流量时的扬程He。泵的扬程

30、He随流量Q增大而降低。当流量Q为零时，泵的扬程He最大， 当流量Q最大时，泵的扬程He最小。3) 泵的功率N的测定离心泵的轴功率可由电动机的输出功率直接计算得出N =UI(5-3)式中：U电动机的输入电压，VI电动机的输入电流，A离心泵的有效功率Ne可由下式计算得到：Ne=HeQg(5-4)式中：He扬程，mQ 流量，m3/s3一一流体密度，kg/m4) 泵的效率n的测定泵的效率n可由下式计算得到：二血 100%(5-5)N三、实验装置实验流程示意图如图5- 1所示。水泵2将水槽1内的水输送到实验系统， 用流量调节阀9调节流量，流体经涡轮流量计 6计量后，流回储水槽。设备主要技术参数如下：(

31、1) 真空表测压位置管内径d1=0.025m压强表测压位置管内径d2=0.025m(3) 真空表与压强表测压口之间的垂直距离 h0=0.18m(4) 实验管路d=0.040m(5) 电机效率为60%图5- 1离心泵性能测定实验装置流程示意图1-水箱2-离心泵3-真空表4-回水阀5-压力表6-涡轮流量计7-温度计8-排水阀计9-流量调节阀涡轮流量计显示读数为频率，单位为赫兹。通过以下公式转换为m3/h(读数 /77.901)X 3600- 1000四、实验步骤离心泵主要特性测定步骤1、在某一恒定转速下，在泵出口阀全关至全开的范围内调节不同的开度， 测取若干组流量及与其对应的进口真空度、出口表压、

32、泵工作电流、电压 等实验数据。2、将出口阀关闭，切断电源停泵，结束实验。五、数据记录表5 1离心泵性能测定数据记录表项目 序号、涡轮流量计(Hz)泵进口真空度(MPa)泵出口表压(MPa)电机功率(KW)12345678910表5-2离心泵性能测定数据整理表项目 序号7、流量Q（m3/h）扬程He（mH20）轴功率N（W）泵的效率n %12345678910六、思考题1为什么离心泵启动前要先灌水排气？2、为什么离心泵启动前要先关闭出口阀？而停泵时也要关闭出口阀？3、随着流量变化，泵的出口压力表及入口真空表读数按什么规律变化?4、什么情况下出现“汽蚀”现象？实验七套管热交换器实验一、实验目的1测

33、定流体在水平圆管作强制湍流时的对流传热系数a2根据实验数据估算对流传热系数 a关联式中的参数，加深对经验公式的 理解3、加深对传热过程基本原理的理解，并对传热过程的研究方法有所了解二、实验原理冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，是先由热流体把热量传递给固体 壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧， 最后再由壁面把热量传给冷流体。 即 热交换过程是由对流-导热-对流等三个过程串联组成的。1对流传热系数a的测定根据牛顿冷却定律，可得热流体和冷流体通过间壁的热流量 为：(71)式中：-i 2热流体和冷流体对间壁的传热系数，W m-2 K-1A、A 套管换热器那关的内、外表面积，m2LTm、LIT；热

34、流体和冷流体对间壁的对数平均温度差，K式中：Ti、T2 热流体的进、出口温度，K(7 2)0、Tw2热流体进口端和出口端处间壁的温度， KT,、T2 冷流体的进、出口温度，K(7 3)换热器的热流量可通过热流体的热量恒算得到，即:：J 二 Cp,h qm （Ti -丁2）式中：Cp,h热流体的平均比热容，J-Kg Kqm热流体的质量流量，Kg- sTi、T2 热流体的进、出口温度,从以上分析可知，再实验中测得了热流体的流量，冷流体的进、出口温度， 热流体的进、出口温度，热流体进、出口的壁温，套管换热器内管的内、外径和壁厚，测温点之间的距离，查得了间壁的导热系数和热流体的物性参数后，就可以求出热

35、流体和冷流体对间壁的传热系数 宀、：.2 o2、总传热系数K的测定对于液一液热交换，K与宀、2由如下关系:1 1 、 1=+K.，壁、訂 2(7 4). . -2 -1式中：1 热流体再圆形内管中强制对流时的传热系数，W m K2 冷流体再环形套管中强制对流时的传热系数，W m-2K-1、:套管换热器内管壁厚，m壁 套管换热器内管的导热系数，W m-1 K-1：2，即可由式（7 4）计算出换热器的总传热系数 Ko另外，K值也可以进行直接测定。 根据热交换器的传热速率方程，可得：KA 二 Tm(7 5)式中：叮换热器的热流量，W，可由式（7 3）计算得到；An 换热器内管管壁的平均传热面积， m

36、2，可由下式计算得到:(7 6)LTm 换热器的对数平均温度差，KLt =(T1-T1)-e-T2)(7 7)式中：T1、T2 热流体的进、出口温度，K冷流体的进、出口温度，K3、对流传热系数的经验关联式在热交换器的设计过程中，需要知道热交换体系的总传热系数 Ko但K与流 体的性质及流体流动状况间的关系很难进行实验关联， 而对流传热系数a却与流 体的性质及流体流动状况存在着一定的关系。因此，工程上常通过实验将流体的性质及流体流动状况与对流传热系数 a进行关联，得到一系列相应的经验关联式。当需要设计一个热交换器时，设计者可根据热交换体系的实际情况，选择合适的经验关联式，计算出传热系数，并用式(7

37、-4)来确定热交换器的总传热系 数。对于液-液热交换，通常状况下流体都为强制对流，自然对流的影响可以忽 略。根据量纲分析法，可得液体对间壁的对流传热系数经验关联式：Nu=a|_Rem_Prn(7 8)d式中：Nu =，称为Nusselt数；九Re = d u ，称为 Reynold数;CpPr ，称为 Prandtl 数。k式中：d套管换热器内管的内径，m；1u 管内流体的流速，ms;?管内流体密度，kg m-3;J 粘度，Pa - s;Cp比热容，J Kg K ;_1 _1九导热系数，W m K 。在实验温度范围内，Pr数值变化不大，可取其平均值，并将 Pr视为定值与a项 合并为A。则式7

38、8可写为：Nu =A Rem(7 9)两边取对数，使之线性化，可得：l gN ml g R e lAg( 7 10)因此，可将Nu和Re实验数据直接在双对数坐标纸上进行标绘，由实验曲 线的斜率m和截距IgA即可估计参数A和m。取Pr的平均值为定值，且流体被冷却时0.3;液体被加热时0.4。由A值可计算得到a值。各项物性参数均取进出口平均温度下的数值。三、实验装置本实验装备主要由套管换热器、恒温循环水槽以及一系列测量和控制仪表所 组成。其总体布置如图7 1所示。3 薛濕热水岀口温度热水入口温度54-转子流量计，a荒量调节阀.卜冷水出口温度，a热水扌丰出口，&冷水入口温度6-水箱，离心泵，8-加热

39、器图7- 1传热实验装置流程图实验内管内径di ( mm)18.00实验内管外径do (mm)22.0实验外管内径 Di (mm)50实验外管外径D。(mm)57.0测量段(紫铜内管)长度 L (m)1.00加热釜操作电压 200 伏操作电流 10安四、实验步骤(1) 向电加热箱加水，并通电加热。(2) 检查流量计流量调节阀是否关闭。(3) 启动离心泵改变流量调节阀开度。稳定后测定流量、热水进出口温度、冷水进出、管外壁面平均温度。测定 56组实验数据(1)实验结束关闭加热器开关。注意事项：检查加热箱中的水位是否在正常范围内。 特别是每个实验结束后， 进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补

40、给水量。五、数据记录与处理1、原始数据记录表实验日期 室温C；换热器的设备尺寸： 内管内径 dm；内管壁厚 Sm测温点之间的直管长度Lm；直管材料的导热系数壁-1 -1W m K o表7 1冷-热水换热实验原始数据记录表实 验 序 号热水流量温度C)备注进口出口qv L/hqm kg/s热T1壁Tw1热T2壁TW2123456782实验数据记录表内管的内表面积Ai m2;内管的外表面积A2 m2;换热器的平均传热面积 Am m2;表7-2求热流体传热系数a i数据整理表实 验 序 号热流体与壁面温度差C)质量流量给 热 面 积A平均 比例 容(Cp)给 热 速 率 给热 系数 (a 2)2W/M - K备注Ti-TwiT 2-T W2 Tmkg/sm2J/kg -KW2W/M 2 - K12345678六、思考题1对于同一个换热器，若冷、热流体的流量均不变，将逆流操作改为并流 操作，总传热系数K是否会发生变化，为什么？2、总传热系数K与流速有什么关系？