传热实验(四川大学)

四川大学化学学院李志强1042032051化工原理实验报告实验名称：传热实验学院：化学学院专业：化学类班级：十四班名字：李志强学号1042032052日期： 2012年5月8日一、实验目的1 .测量热风的冷却水在套管热交换器中的总传热系数k2 .测量空气或水在圆直管内的强制对流供热系数i3 .应用线性回归分析方法来确定关联式Nu=ARemPr0.4中的常数a、m的值二、实验原理1 .牛顿冷却定律：q=atm式中：:传热膜系数，W/m2 a :总传热面积，m2问：传热，Wtm :管壁温度和管内流体温度的对数平均温度，传热量可以用下式求出Q=W Cp(t2-t1)=V Cp(t2-t1)式中： w :质量流量，kg/sCp :流体定压比热，J/kg t1、t2 :流体进出口温度，:定性温度下的流体密度，kg/mv :流体体积流量，m/s2 .对流传热系数准数关联式的实验测定流体在管内强制湍流，在被加热的状态下，准数关联式的形式是Nui=AReimPri0.4其中：Nui=Rei=Pri=求对数：Nui/Pri0.4=mlgRei lgA这样通过实验确定不同流程下的Nui、Rei，用线性回归法确定a和m的值。3 .实验装置的流程1 .实验装置来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢制套管热交换器的间隙，与来自风扇的空气在套管热交换器内进行热交换，冷凝水通过捕集器排出到侧槽中。 冷空气通过节流孔流量计或转子流量计进入套管热交换器内管(紫铜管)，进行热交换后排出装置外。空气-水蒸气热交换流程图1-空气流量调整闸阀2-空气流量调整旁通阀3-空气均匀分布器4-移动实验帧5-防振软件连接6-风扇7-阀8-蒸汽进气管9-阀10-排气惰性气体阀11-冷气出口温度12-蒸汽压力计13-蒸汽蒸汽管14-2 .设备和仪表的规格(1)紫铜管规格：直径172mm，长度L=1000mm；(2)外套不锈钢管规格：直径1005mm、长度L=1000mm；(3)压力表规格：00.1MPa四、实验程序和注意事项(1)检查仪表、鼓风机、测温点是否正常，检查系统中的蒸汽调节阀是否关闭。(2)打开总电源开关、仪表电源开关，打开气阀。(3)打开加热器，调整电力到1200W，加热空气，加热到80度，就能稳定测量(4)打开水阀，调整流量至0.5m3/h左右(5)进入“对流热系数测量实验”的计算机控制接口，根据测试要求，从大小改变空气流量(调节变频器，改变风扇的转速)，合理地确定8个实验点，稳定后点击“数据收集”按钮，计算机自动地进行所有实验完成后，点击“结束”按钮停止实验。(6)实验结束后，首先关闭蒸汽调节阀，切断设备的蒸汽通道，关闭风扇、仪表电源和总电源。5 .实验数据记录表1原始数据记录表热交换器：内径： 13mm； 外径： 17mm； 管长： 1m孔流量计校正式： V(m3/h)=0.51677*(P)0.58458设备编号： NO.005逆流冷却水流量W=0.68 m3/h序列号。流量计差压P(Pa )空气入口温度T1()空气出口温度T2()水的进口温度t1()水出口温度t2()12348041242622148241242631988341242541748441242551538542252661358641252671188741252689988412526六、数据处理1 .空气在圆直管内强制对流供热系数i (以第一组数据为例)定性温度tf=(t1 t2)/2=(80 41)/2=60.5调查化工原理上册，在60时，=1.060kg/m3，cp=1017j/喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓青蛙6用插值法求出： (60-60.5 )/(1. 060 -)=(60.5-70 )/(-1. 029 )求出60.5时，=1.058kg/m3、cp=1017j/v=12.40 m3/h=12.40/3600=3.4410-3 m3/s从紫铜管的直径172mm开始，Ai=diL=3.141310-31=0.04084m2TM= (80-26 )-(41-24 ) /ln (80-26 )/(41-24 ) =32.71可用：I=vCP (T2-t1 )/aiTM=111.96 w/10航空航空表1结果处理表I序列号。V/m3/stf/tm /kg/m3CP/J/(kg.)i/W/(m2.)13.4410-360.532.711.0581017111.96261.534.391.0541017108.99310-362.034.221.0491017104.34410-362.534.561.045101797.76510-363.534.811.041101790.3767810-363.564.064.534.1233.9134.701.0391.0371.03410171017101789.2283.4575.892 .确定相关方程式Nu=ARemPr0.4中的常数a和m的值(第一数据集的示例):Nu=ARemPrn定性温度tf=(t1 t2)/2=(41 80)/2=60.5调查化工原理上册，60时，能得到=2.89610-2w和m.？70时=2.96610-2w/110航空航空航空同样的理由，内插法在60.5时，=0.029601w/00空气空气653从V=1/4di2ui开始： ui=4V/(di2)=24.08m/s调查化工原理上册为60，=1.9810-5Pas在70下=2.1210-5Pas内插法也得到45.55时，=2.01210-5Pasrei=id iui /I=0. 95141710-312.39/(2. 01210-5 )=17940nui=idi /I=111.961310-3/(2.90110-2 )=50.19根据计算，对于管内加热的空气，成套设备数Pri的变化不大，被认为是常数，Pri0.4=0.6970.4=0.866通过在Nui /Pri0.4=AReim的两侧同时取对数，lg(Nui)=mlgRei lgA表2结果处理表ii序列号。雷伊PSPS PSPS11794050.194.2538221.70061721693048.744.2286571.68788631615046.614.2081731.66847941495043.614.1746411.63958651378040.224.1392491.60444267812800118001062039.7137.1033.694.1072114.0718834.0252121.5989121.5693721.527501根据附图，因为lgA=-1.51727，所以A=0.0304m=0.78283误差： m %=(0.78283-0.8 )/0.8=A%=(0.0304-0.023)/0.023=32.17%七、结果分析和讨论1 .从表中可以看出，hi的变化规律：随着蒸汽体积流量的增加，冷流体的供热系数hi的实验值越来越大，每流量增加3 m3h-1，hi的实验值就增加10.0左右。绘制lg(Nu )和lg Re，可以看出图表上的各点连接成一条直线，误差小，在允许误差的范围内，满足了实验的要求。八、思考问题的解答1 .分析影响传热系数和供热系数的系数a :和流体物流的性质有关。 例如流速、密度、粘度、管径、热传导率等。1 .流体流动的状态：层流、湍流等。2、流体流动的原因：自然对流、强制对流等。3 .流体的物理性质：密度、比热、粘度、热传导率等。4 .传热面的形状、位置和大小：如管、板、管束、管长、管径、管的排列方式、旋转位置和表面是否有散热片等。5 .相变的影响：蒸汽冷凝和液体沸腾都发生相变，机制更复杂，表面传热系数比没有相变大得多。2 .为了提高k和h1的价格，需要采取什么样的措施？a :对流传热处于乱流的情况下，主要为了影响k值，提高k值，可以定期清洗传热装置，减少污垢对传热系数的影响。TM、TM的物理意义是什么？