传热综合实验.doc

_气-汽对流传热综合实验班级：化学工程与工艺 姓名：韩兴云 学号：033112037 组别：甲4一、实验目的：1、 测定光滑圆形直管管外蒸气冷凝，管内为空气强制对流时的传热系数K值；2、 学会用实验方法，讲所测实验数据整理成准数方程式3、 了解并掌握热电偶和电位差计的使用，及其温度测量。二、基本原理概述1、 测定传热系数K。根据传热速率方程式得： 其中：传热速率Q，既可以用热流体得放热速率计算，也可以用冷流体的吸收速率计算。 传热推动力tm可用对数平均温度差计算。逆流时，Sdl2、 测定给热系数在蒸汽空气换热系统，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数与分传热系数的关系为： 由于蒸汽冷凝给热系数远大于管壁对空气的给热系数，所以1K3、 求与Re的定量关系式。由因次分析法可知，流体在圆形管中呈强制湍流时的给热系数，符合下列准数关联式： 本实验就是通过调节空气的流量，测得对应的给热系数，然后将流量整理为Re，将给热系数整理为Nu。再将所得的一系列NuRe数据，通过图解法或者回归分析法，求得待定系数A、n。进而得到给热系数与Re的经验公式。三、装置与流程： 来自鼓风机的空气通过调节阀1转子流量计2和换热管3，经换热后排空。热量由缠绕在换热管表面的电热丝4供给；空气流量由转子流量计2测定；进、出口空气温度由温度计读取，其进口压强由U形管液柱压差计显示；壁温由热电偶测量。四、实验数据及处理：表一 普通套管换热器原始数据测量次数压差计P/kPat1/t2/毫伏表E/mV10.6030.467.14.5921.3532.866.44.6032.1033.565.74.6042.8235.065.74.6053.4837.466.54.6064.1640.767.84.6074.3341.668.24.60表二 强化套管换热器原始数据测量次数压差计P/kPat1/t2/毫伏表E/mV13.5444.875.04.1322.9842.574.54.1232.3238.873.54.1141.7236.373.34.1151.1634.573.64.0960.4532.875.64.09表三 普通套管换热器实验数据处理表项目1234567t1 /30.432.833.53537.440.741.6t2 /67.166.465.765.766.567.868.2t /48.849.649.650.45254.354.9/(kg/m3)1.0971.0941.0941.0921.0861.0791.077Cp/(J/kgk)1005/(w/mk)0.028160.028210.028210.028270.028380.028540.02858/(Pas)19.519.619.619.619.719.819.8Pr0.40.866Vt0/(m3/h)15.5723.6229.6434.4938.4242.1142.99V/(m3/h)16.5124.9231.236.2140.2343.9444.81Tw/109.2109.5109.5109.5109.5109.5109.5tm/60.459.959.959.157.555.254.6Q/w185.6255.7306.8338.9354.9358.7358.4/(w/m2)48.967.981.591.398.2103.4104.5Nu34.748.157.864.669.272.573.1u/(m/s)14.622.0327.5832.0135.5738.8539.62Re16426.924592.730788.335668.339217.342342.643101.8lnNu3.553.874.064.174.244.284.29lnRe9.7110.1110.3310.4810.5810.6510.67由Nu=ARemPr0.4 , 可得lnNu=lnA+mlnRe+0.4lnPr所以以lnNulnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA+0.4lnPr作图，可得m=0.78，lnA+0.4lnPr=-3.9922，所以A=0.0195即Nu=0.0195Re0.78Pr0.4表四 强化套管换热器实验数据处理表项目1 23456t1 /44.842.538.836.334.532.8t2 /75.074.573.573.373.675.6t /59.958.556.254.854.154.2/(kg/m3)1.0601.0651.0731.0771.0791.079Cp/(J/kgk)1005/(w/mk)0.028920.028830.028670.028570.028520.02853/(Pas)20.120.019.919.819.819.8Pr0.40.866Vt0/(m3/h)38.7635.4831.2026.7521.8514.55V/(m3/h)40.6037.2832.9428.3523.2415.57Tw/98.4098.1697.9397.9397.4697.46tm/38.5039.6641.7343.1343.3643.26Q/w362.8354.7342.4315.4273.7200.7/(w/m2)150.0142.3130.6116.4100.473.8Nu103.798.791.181.570.551.7u/(m/s)35.8932.9629.1225.0620.5513.77Re37854.135102.431402.827262.222397.415007.9lnNu4.644.594.514.404.253.95lnRe10.5410.4710.3510.2110.029.62由Nu=BRem, 可得lnNu=lnB+mlnRe所以以lnNulnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnB.作图得，m=0.75 , lnB=-3.30677所以B=0.0366即 Nu=0.0366Re0.75强化比的计算：同一流量下，强化管的努塞尔准数Nu与普通管的努塞尔准数Nuo之比，即Nu/Nuo.当流量等于40.60m3/h时，Nu=103.7, 当流量等于40.23m3/h时, Nuo=69.2.所以强化比=103.7/69.2=1.50实验数据处理过程：以普通管第一组数据为例孔板流量计压差P=0.60kPa,进口温度t1=30.4，出口温度t2=67.1，壁面温度热电势4.59mV.已知数据及有关常数：(1)传热管内径di及流通段面积F di=20.0mm=0.0200m F=(di2)/4=3.142*0.02002 /4=0.0003142m2(2)传热管有效长度L及传热面积Si L=1.00mSi=Ldi=3.142*1.00*0.0200=0.06284m2 (3) t1为孔板处空气的温度，为由此值查得空气的平均密度当t1=30.4时，= kg/m3(4)传热管，测量段上空气平均物性常数的确定 先算出测量段上空气的定性温度t / t= （t1 +t2）/2=(30.4+67.1)/2=48.8 查得：测量段上空气的平均密度=1.097 （kg/m3） 测量段上空气的平均比热Cp=1005(J/kgk) 测量段上空气的平均导热系数=0.02816 (w/mk) 测量段上空气的平均黏度=19.5 (Pas) 测量段上空气的平均普朗特准数的0.4 次方为：Pr0.4=0.866 （5）空气流过测量段上平均体积V(m3/h)的计算：Vto=20.243*(P)0.5139=15.57(m3/h)V=Vto*(273+t)/(273+ t1)=16.51(m3/h) (6) 冷热流体间的平均温度差tm/的计算：Tw=1.2705+23.518*4.59=109.2tm= Tw-t=109.2-48.8=60.4 (7) 其余计算传热速率 Q=V*Cpi*t/3600=15.57*1.097*1005*(67.1-30.4)/3600=185.6 w=Q/(tm Si)=185.6/(60.4*0.06284)=48.9 (w/m2)传热准数Nu=*di/=48.9*0.0200/0.0283=34.7测量段上空气的平均流速u=V