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λ — 管材料的导热系数，W／m·℃．
由于蒸汽冷凝加热空气的传热过程中，热阻主要集中在管内空气传热一侧，而管外蒸 汽冷凝和管壁热阻远比管内空气一侧为小，即1/α1》(b/λ +1/α2)，所以可以取α1≈K相当准确。
应用实验测得空气的流量、进出口温度及加热蒸汽压力，即可求出在不同空气流速下的α1值，同时求出Re和Nu．由于空气被加热，已知Prn的指数取n＝0．4(被加热时取n＝0．4，被冷却时取n＝0．3)，将式(5—1)改写，并取对数得： 1g (Nu／Pr0.4) ＝ lgB + mlgRe
由此可见，以Nu／Pr0.4对Re在双对数坐标纸上标绘，可得一条直线，其斜率为m，求出m后再由式(5—1)求得B值，即
B ＝ Nu / Pr0.4 Rem (5—6)
这样可以确定出经验公式的常数B和指数m．前述准数关系式的形式为：
Nu ＝ 0.023 Re0.8 Prn (5—7) 此式适用于Re > 10000，Pr ＝0.6~ 1.60和L/d >50的条件下。式中各种物性参数，均按流体平均温度值计算。
二、实验装置
本实验装置如图5—5所示。为一套管换热器，传热管为一水平放置的黄铜管，内径 d＝24mm，壁厚b＝3.5mm，加热部分管长L＝1.59m。传热管外套水煤气管(2英寸)，并用保温材料保温。空气由叶式鼓风机送人管内，进出口处装有温度计测量温度，用文氏管流量计测量空气流量。水蒸气由锅炉送来，先经过汽水分离器，除去蒸汽中夹带的水分，然后经针型阀控制调节进入套管换热器的环隙空间。套管上装有压力表，以测量蒸汽压力，并由此蒸汽压力确定饱和水蒸气的温度。
三、实验步骤
1．熟悉空气系统和水蒸气加热系统的流程；了解空气流量调节和计量方法。了解蒸汽压力控制调节方法。
2．将空气系统的空气调节阀13(支路阀)完全打开(此状态下进 入换热器系统的空气量最小，可以避免因突然启动风机风量大冲走U型压差计的指示液)。启动风机，此时空气进入换热器。实验时空气流量由空气调节阀控制调节。
3．慢慢打开针形阀，通入蒸汽，控制一定压力(例如0.05MPa)，让蒸汽进入套管加热 实验装置。稍等片刻压力表便有指示，注意控制好针型阀，避免压力过大而使压力表指针超过限度。打开套管上的放气旋塞，排出蒸汽，让蒸汽将套管中空气带出，排尽套管中空气后，关小旋塞，使其稍有泄漏，用以排放蒸汽中夹带的不凝气体。打开冷凝水贮水罐旋塞(或阀门)，放净罐内冷凝液，然后关闭旋塞。
4．用支路阀调节空气流量，在一定空气流量条件下，用针型阀控制加热蒸汽压力，保 持压力恒定，待传热稳定后测定实验数据，记录空气流量、蒸汽压力和空气进出口温度。改 变空气流量从小到大(或相反)，测定10～15组数据。注意实验数据的间隔应取得适当，以便作图时数据点在坐标上分布较匀。
四、数据处理
将实验计算结果，以Nu／Pr0.4对Re在对数坐标上标绘，求出Nu＝BRemPr0.4经验公 式中的常数B和m．将实验结果与式(5—7)相比较，并讨论分析实验误差和原因。
五、讨论
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1．假定入口空气温度不变，随着空气流量的增加出口温度有何变化?为什么?
2．设蒸汽冷凝传热膜系数α2＝1．4X104W／m2·℃，任选一组数据计算管内传热膜系 数α1，求管内、管壁和管外热阻及其所占总热阻的百分比。并说明用总传热系数K，代替管内传热膜系数α1是否合适。
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实验六 干燥及干燥曲线测定
一、实验目的
1．利用干、湿球温度计测定湿空气的湿度；
2．测定物料在恒定干燥条件下物料干燥曲线和干燥速率曲线； 3．测定试验条件下恒速干燥阶段的传质系数kH和传热系数α ． 二、实验原理
1．空气的干湿球温度及湿度测定
湿球温度tw是利用水润湿的纱布包裹温度计的感温球，置于待测空气中所测得的温度即为湿球温度。置于同一环境中的温度计测得的温度为空气的干球温度t。当空气不饱和时t > t w.
湿球温度是空气与湿纱布之间传热和传质过程达到稳态时的温度。空气的湿度与干、湿球温度的关系可由下式推得，由传热方程得
Q = α A ( t — t w ) (6—1) 式中 Q — 空气传给湿球的热量，kw；
α — 传热系数， kw/m2· ℃； A — 传热面积， m2；
t,t w — 干、湿球温度， ℃。
由传质方程得 W = kH A(Hw – H ) (6—2)
W — 湿球温度计湿纱布水份蒸发的速率，kg/s； kH — 传质系数， kw/m2· s； A — 传热面积， m2
Hw — 温度为 tw时空气的饱和湿度， kg水/kg干空气；
H — 所测空气的湿度，kg水/kg干空气。
又据
Q = W · rw (6—3)
rw为温度为tw时水的气化潜热，kJ/kg。 由以上三式，得
tw = t — kH rw(Hw – H)/α (6—4)
实验表明，对空气—水蒸气混合物系统，在空气速度为3.8～10.2 m／s范围内α／kH
近似为一常数，其值为0.96～1.005．由式(6—4)可知，rw，Hw只决定于tw，又α／kH为一常数，所以空气的湿度H仅为t，tw的函数。由此测得空气的干、湿球温度t和tw，可求得空气的湿度H．测定湿球温度时，一般空气速度需大于5m／s，以保证测量较为精确。 2．物料干燥曲线和干燥速率曲线
物料的干燥时间，取决于物料的干燥速率，对一定物料，其干燥速率与干燥条件有关。 实际上，物料的干燥速率，多由试验测定，测定需要在恒定干燥条件下进行。所谓恒定干燥 条件是指干燥过程中空气的温度、湿度、速度以及与湿物料接触的状况都不变。在这种条件下干燥，便于分析物料本身的干燥特性。试验条件是以大量的空气和少量的湿物料接触，测定湿物料在干燥过程中水份和其他参数的变化。
在恒定条件下进行干燥，都是间歇操作，是一个非稳定操作过程，即干燥介质的性质维
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持不变，而湿物料的温度、湿含量、质量等参数都随时间改变。
干燥试验中，采用以绝干物料的质量Gc(kg)为计算基准，测定湿物料质量G(kg)随干燥时间τ(s)的变化，直到物料质量不再发生变化为止，此时物料按绝干基准计算的含水量为平衡含水量X*．试验时物料瞬时含水量为
X ＝ (G – Gc)/ Gc kg水／kg绝干物料
以时间τ对干基含水量X作图，可得干燥曲线，如图2—11(a)。
干燥速率为单位时间、单位面积上汽化的水份量，即 R = Gc dX/ Adτ
式中 R — 干燥速率，kg／m2 · s； Gc — 绝干物料质量，kg； A — 干燥表面积，m2； dX／dτ — 干燥曲线的斜率
dx／dτ可取为ΔX／Δτ，即不同时间间隔Δτ内，物料的失水量ΔX．以物料含水量对干燥速 率R作图，得干燥速率曲线，如图2—11(b)。
由图2—11(a)，图2—11(b)可见，湿物料在恒定条件下的干燥过程，可分为以下几个阶 段：
(1)物料加热阶段AB段：一般加热时间很短，实际干燥过程常可忽略；
(2)恒定干燥阶段BC段：物料温度稳定，表面温度为湿球温度tw，干燥速率恒定； (3)降速阶段CE段：干燥速率下降，物料表面温度逐渐升高。
由恒速阶段转到降速阶段时，湿物料的含水量称为临界含水量Xc，当干燥过程进行到物料质量基本不变，此时物料含水量称为平衡含水量X*． 3．传热系数α和传质系数kH的确定
当物料在恒定干燥条件下进行干燥时，物料干燥速率R = W/A(kg／m2·s)，式中W (kg／s)为水份蒸发率，A (m2)为湿物料干燥面积。干燥速率方程以湿度差为推动力表示为 R ＝ kH(Hw – H) (6—5) 若以干、湿球温度差为推动力，则可表示为
R = α (t –tw)/ rw (6—6)
当物料在恒定干燥条件下干燥时，空气的温度t，湿度H，流速及与物料接触的方式 均不变，所以随空气条件而定的α和kH也不变，只要水份由物料内部迁移到表面的速率 大于等于水份从表面汽化的速率，物料表面保持全面润湿，物料表面温度即为空气的湿球 温度tw．湿球温度tw不变，Hw即不变，所以可由式(6—5)和(6—6)求出α和kH .
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三、实验装置
本实验装置如图2—11(c)所示。为一通道式干燥器，干燥通道尺寸为168X 58mm，通 道设有物料出入窗口，同时装有温度计若干及湿球温度计。干燥器入口处装有风机、文氏管流量计和电加热器。文氏管喉管尺寸dv ＝ 48.8mm，孔流系数Cv = 0.98．电加热器配有调压器可调节加热器的功率以控制热空气的温度。
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