4.5对流传热系数测定实验.doc

广 州 大 学实 验 报 告 项目名称：对流传热系数测定实验学 院：化学化工学院专业年级：广州大学教务处制1、 实验目的1、 通过对传热系数a准数关联系的测定，掌握实验方法，加深对流传热概念和影响因素的理解。2、 应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4 中常数A、m的值。3、 加深对由实验确定经验公式的量纲分析法的理解4、 得出得出单一流体下的总传热系数K。2、 实验的基本原理1、 对流传热系数ai的测定 以蒸汽为加热介质走外管，空气为冷却介质走内管。对流传热系数aI可以根据牛顿冷却定律，通过用实验来测定。由牛顿冷却定律： 式中：ai管内流体对流传热系数，W/(m2.); Q传热速率，W; S内管传热面积，； Tw壁面平均温度，； Tm定性温度，。传热面积计算公式：S=dL定性温度：上式中：d管内径，m; L传热管测量段的实际长度，m; T1,T2冷流体的入口、出口温度，。传热速率式中：冷流体在套管内的平均体积流量，m3/s; 冷流体的密度，kg/m3; 冷流体的定压比热容，J/(kg.)。2、对流传热系数ai 准数关联式的确定流体在管内做强制湍流，准数关联式的形式为：Nu=ARemPrn在本实验条件下在管内被加热的空气，普兰特数Pr变化不大，可近似为常数，则关联式的形式可简化为：Nu=ARem 所以仅有A，m两个参数。则两边取对数得：显然，上式中是一个线性方程，通过实验测定并计算得出一系列的Nu和Re,即可在双对数坐标系中描绘出NuRe直线，然后进行线性回归即可得出m,lgA,继而确定准数关联式雷诺数：则努塞尔数：上式中分别为空气的粘度、流体的热导率（在定性温度Tm下查出）3、 实验装置图附图：空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1、普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器；4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；7、风机出口温度（冷流体入口温度）测试点；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；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位计；18、冷凝液回流口4、 实验步骤：1、 实验前准备，检查工作（1） 向电加热釜中加水至液位计上端显示安全水位之上。（2） 检查空气流量旁路调节阀是否全开。（3） 检查蒸汽管支路各控制阀是否已开，保证蒸汽和空气管线的畅通。（4） 接通电源总阀，设定加热电压，启动电热器开关，开始加热。2、 实验开始（1） 关闭通向强化阀门11，打开通向简单套管的阀门10，当简单套管换热器的放空口12有水蒸气冒出时，可启动风机，此时要打开阀门9，关闭阀门8。在整个实验过程中始终保持换热出口处有水蒸汽冒出。（2） 启动风机后用阀门5来调节流量，调好某一流量稳定510min后，分别测定空气流量，空气进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量68组数据。3、 实验结束依次关闭加热电源、风机和总电源，一切复原。五、实验记录及数据处理1、基本数据装置编号： 内管直径d： 0.020 m有效长度L： 1.00 m 冷流体：空气（管内）热流体：蒸汽（管外） 2、 实验数据记录表强化套管换热器实验原始数据记录及数据处理表项目1234567孔板压差/kPa3.42 2.99 2.53 1.98 1.47 0.98 0.56 空气入口温度T1/39.70 38.80 37.20 35.30 34.40 33.40 32.40 空气出口温度T2/68.00 67.20 67.10 67.10 67.70 68.60 69.70 壁温Tw/99.30 99.20 99.10 99.10 99.20 99.20 99.30 管内平均温度Tm/53.85 53.00 52.15 51.20 51.05 51.00 51.05 平均密度m/(kg.m3)1.080 1.083 1.086 1.089 1.090 1.090 1.090 热导率m102W/(m.)2.853 2.847 2.841 2.834 2.833 2.833 2.833 平均比热容Cp,m/J/kg.)1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005 粘度m105/Pa.s1.979 1.975 1.971 1.966 1.965 1.965 1.965 20时空气流量V/（m3/s)0.0117 0.0109 0.0100 0.0089 0.0076 0.0062 0.0047 流量计处空气流量Vs,1/(m3/s)0.0120 0.0112 0.0103 0.0091 0.0078 0.0064 0.0048 管内平均流量Vs,m/(m3/s)0.0132 0.0123 0.0112 0.0099 0.0085 0.0069 0.0052 平均流速u/(m/s)41.9312 39.0484 35.7336 31.4228 27.0231 22.0249 16.6247 传热量Q/W404.5407 379.0409 366.1304 343.4086 309.3969 266.5999 213.2055 i/W/(.)141.7322 130.6425 124.1768 114.1605 102.3199 88.0751 70.3625 Re45773 42829 39379 34812 29963 24428 18433 Pr0.6972 0.6974 0.6976 0.6978 0.6978 0.6978 0.6978 Nu99.3584 91.7755 87.4162 80.5536 72.2254 62.1780 49.6674 Nu/Pr0.4114.78 106.01 100.96 93.03 83.41 71.80 57.36 普通套管换热器实验原始数据记录及数据处理表项目1234567孔板压差/kPa2.82 2.40 2.04 1.64 1.21 0.82 0.40 空气入口温度T1/38.70 38.90 37.80 36.10 34.10 33.00 32.10 空气出口温度T2/74.00 73.90 74.20 75.00 75.90 76.80 79.60 壁温Tw/90.10 98.90 99.10 99.30 99.20 99.20 99.20 管内平均温度Tm/56.35 56.40 56.00 55.55 55.00 54.90 55.85 平均密度m/(kg.m3)1.072 1.072 1.073 1.075 1.077 1.077 1.074 热导率m102W/(m.)2.870 2.871 2.868 2.865 2.861 2.860 2.867 平均比热容Cp,m/J/kg.)1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005 粘度m105/Pa.s1.992 1.992 1.990 1.988 1.985 1.985 1.989 20时空气流量V/（m3/s)0.0106 0.0098 0.0090 0.0081 0.0069 0.0057 0.0040 流量计处空气流量Vs,1/(m3/s)0.0109 0.0101 0.0093 0.0083 0.0071 0.0058 0.0041 管内平均流量Vs,m/(m3/s)0.0120 0.0111 0.0102 0.0091 0.0078 0.0064 0.0045 平均流速u/(m/s)38.3056 35.3549 32.4985 29.0192 24.8038 20.3761 14.2515 传热量Q/W457.4527 418.5612 400.6281 382.8349 352.2124 303.2761 229.3672 i/W/(.)215.8305 156.8232 148.0146 139.3394 126.8886 109.0121 84.2525 Re41235 38048 35053 31379 26903 22113 15384 Pr0.7193 0.7193 0.7192 0.7191 0.7190 0.7190 0.7192 Nu150.3809 109.2540 103.2180 97.2752 88.7023 76.2243 58.7750 Nu/Pr0.4171.57 124.65 117.76 110.99 101.21 86.98 67.06 数据处理：（1） 空气的管内平均温度（2） 流量计前空气的体积流量（3） 流量计处空气的体积流量=0.0103 （4） 管内空气的平均体积流量=0.0112 （5） 平均流速=35.7336 （6） 传热速率=366.1304 （7） 管内对流给热系数=124.1768 （8） 努塞尔数=87.4162 （9） 雷诺数=39379六、思考题1、要提高数据的准确度，在实验操作中要注意哪些问题？为什么？答：实验过程中不应改变加热电压，应使蒸汽压力维持恒定，原因是保持上升蒸汽量的稳定；流量的调节应从小到最大流量之间，而且每次调节流量后应稳定5-10分钟后才开始读取数据，稳定后