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空气—蒸汽对流给热系数测定
一、实验目的
⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 α1的测定方法，
加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式 Nu=ARe 中
常数 A、 m 的值。
⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准
数关联式 Nu=BRe m中常数 B、m 的值和强化比 Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方
式。
二、实验装置
本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套
管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹
出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸
汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过
黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发
生器产生。该实验流程图如图 1 所示，其主要参数见表 1 。
表 1 实验装置结构参数
实验内管内径 d i（ mm ）

实验内管外径 d o（ mm ）

实验外管内径 Di（ mm ）
50
实验外管外径 Do （ mm ）

总管长（紫铜内管） L（ m ）
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测量段长度 l（ m ）

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蒸汽温度
空气出口温度
空气入口
温度
蒸汽压力
空气压力
孔板流量计测
量空气流量
图 1 空气 - 水蒸气传热综合实验装置流程图
1 — 光滑套管换热器； 2 —螺纹管的强化套管换热器； 3 —蒸汽发生器； 4 —旋涡气泵；
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5 —旁路调节阀； 6 —孔板流量计； 7 、8 、9 —空气支路控制阀； 10 、11 —蒸汽支路控制阀；
12 、 13 —蒸汽放空口； 15 —放水口； 14 —液位计； 16 —加水口；
三、实验内容
1 、光滑管
①测定 6 ～ 8 个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数
α 。
1
②对 α 的实验数据进行线性回归，求关联式
Nu=ARe
m 中常数
A
、
m
的值。
1
2 、波纹管
①测定 6 ～ 8 个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数
α1 。
②对 α1 的实验数据进行线性回归，求关联式
Nu=BRe m中常数 B、 m 的值。
四、实验原理
1．准数关联
影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为：
Nu=CRe m Prn Gr l
1）
式中 C、 m 、n 、 l为待定参数。
参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定
范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。
因此，可以忽略自
然对流对传热膜系数的影响，则
Gr 为常数。在温度变化不太大的情况下，
Pr可视为常数。
所以，准数关联式（
1 ）可写成
Nu ＝CRe m
（ 2 ）
du
V
其中：Re
d
4
Nu
d , 50℃时，/()
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待定参数 C和 m 可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式（ 2 ）取对数，回归求
得