传热膜系数实验报告

1、.化工原理实验报告实验三 传热膜系数测定实验实验日期：2015年12月30日 班级： 学生姓名： 学号： 同组人：报告摘要本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽空气传热系统、分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走内管，蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算了传热膜系数，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A

2、和指数m（n取0.4），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了、A和m。二、 目的及任务1.掌握传热膜系数及传热系数K的测定方法；2.通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m的方法；3.了解工程上强化传热的措施。三、基本原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为：对于强制湍流而言。Gr数可忽略，即本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m、n和系数A。用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4(流体被加热)。这样，上式即变为单变

3、量方程，在两边取对数，得到直线方程为在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点函数值带入方程中，则可得系数A，即用图解法，根据实验点确定直线位置有一定人为性。而用最小二乘法回归，可得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能的道道A、m、n。对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其特征数定义式分别为，实验中改变空气的流量，以改变Re值。根据定性温度(空气进、出口温度的算数平均值)计算对应的Pr值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu值。牛顿冷却定律为Q=Atm式中传热膜系数，W/(m2.)； Q穿热量，W

4、； A总传热面积，m2； tm 管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，。穿热量可由下式求得式中W质量流量，kg/h； cp流体的比定压热容，J/(kg.)； t1,t2流体进、出口温度，； 定性温度下流体密度，kg/m3； Vs流体体积流量，m3/h；空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量Vs与孔板流量计压差p的关系式为Vs=26.2p0.54式中p孔板流量计压降，kPa；Vs空气流量，m3/h。四 实验流程示意图1.设备说明本实验空气走内管，蒸汽走环隙。内管为黄铜管，其管径为(252)mm，有效长度为1.25m。空气进出口温度和壁温分别由铂电阻和热电偶测得。测量空气进出口温度的铂电阻应置于进

5、出管的中心。测量管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁的两端。孔板流量计的压差由压差传感器测得。实验使用的蒸汽发生器由不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为1.5kW。风机采用XGB型漩涡气泵，最大鸭梨17.50kPa，最大流量100 m3/h。2.采集系统说明（1）压力传感器本实验装置采用ASCOM5320型鸭梨传感器，其测量范围为020kPa。（2）显示仪表本实验中所有温度和压差均由人工智能仪表读取，测量点分别为：孔板压降，进出口温度，壁温。3.流程说明8流程图如下：345612111101312971、风机 2、孔板流量计 3、空气流量调节阀补水口 4、空气入口测温点 5、

6、空气出口测温点6、水蒸气入口壁温 7、套管换热器 8、放气阀 9、冷凝液回流管10、蒸汽发生器 11、补水漏斗 12、补水阀 13、排水阀、五、 实验操作要点1.实验开始前，先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮。2.检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/22/3。3.打开总电源开关。4.实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，启动风机，并接通蒸汽发生器的加热电源，打开放气阀。5.将空气流量控制在某一值。待仪表数值稳定后，记录数据，改变空气流量(10组数据)，重复实验，记录数据。6.实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。 六、实验数据处理1. 原始数据记录如下

7、传热膜系数测定原始数据表(直管传热)d=0.02m,l=1.25m频率fT进口/T出口/壁温t1/壁温t2/p孔/kpap管/kpa5035.664.1101.1100.14.254636.465101100.13.634235.765.1101100.23.043834.364.8101100.22.513432.964.4101.3100.32.033029.764.3101.1100.41.571.912527.964.2101.1100.41.091.342026.864.6101100.40.710.861525.865.2100.9100.40.40.54传热膜系数测定原始数据表（

8、加混合器）频率fT进口/T出口/壁温t1/壁温t2/p孔/kpap管/kpa5037.479.2101100.11.664538.980.4101.1100.11.354038.780.9101.1100.21.083537.581.2101.1100.30.833035.981.5101.1100.30.622534.181.8101100.30.432032.482.3101.1100.40.261.821530.583101.1100.50.151.042数据处理传热膜系数测定计算数据表（物性计算）Cp=1005J/(Kg.K) d=0.02m,l=1.25m热导率定性温度密度黏度流量（

9、W/m.K)tm/（kg/m3）（Pa.s）qv（m3/h）0.028201949.851.14691.9593E-0557.230997250.028264850.701.14411.9635E-0552.559456880.028242650.401.146550.0000196247.758758260.028179749.551.151451.9578E-0543.065064390.028113148.651.156351.9533E-0538.401585160.02799147.001.167550.0000194533.426207410.027920746.051.17385

10、1.9403E-0527.448056580.027894845.701.17771.9385E-0521.776134970.0278845.501.18121.9375E-0515.97400024传热膜系数测定计算数据表（准数计算）流速对数平均推动力传热膜系数NuRePrNu/Pr0.4u（m/s）Tm50.62897849.287322134.977295.7220605959274.084870.698196309110.5149546.49633548.359603126.4713289.4903372354185.339110.698153711103.3226942.24943

11、248.64762117.6862383.3395178449379.293160.69816872496.22032738.09719149.408586108.8582977.2600763244813.699660.6982113989.19907733.97167850.41608698.66742470.1932013240223.371520.69825677481.03805129.57024751.75915192.77809566.2913757535501.020140.69834053876.52972124.2817252.54664579.15525456.70004

12、95329380.850220.69838909865.45524619.26409752.68817765.4316746.913166723407.094910.69840705154.15658914.13128152.65418850.21047536.0189919817230.316720.69841732441.580102传热系数相关计算（以第一组数据为例）：空气定性温度：t=流量计算: qv=m3/h空气密度计算：=1.1469kg/m3空气粘度计算： =Pa.s空气导热系数计算：= W/m.K对数平均温差计算: tm=传热系数:流速 um/s努塞尔数普朗特数雷诺数强化后相关

13、数据处理强化后传热膜系数测定计算数据表（物性计算）d=0.02m,l=1.25m热导率定性温度密度黏度流量（W/m.K)tm/（kg/m3）（Pa.s）qv（m3/h）0.02882758.31.14060.00002001534.447654680.02892759.651.135352.00825E-0530.809278380.02893859.81.136050.0000200927.311787160.02890559.351.140252.00675E-0523.692094770.02885758.71.145850.00002003520.239174910.02880157.

14、951.152151.99975E-0516.610176880.02875757.351.15811.99675E-0512.658635630.02871356.751.164751.99375E-059.405688059强化后传热膜系数测定计算数据表（准数计算） d=0.02m, l=1.25m流速对数平均推动力传热膜系数NuRePrNu/Pr0.4u（m/s）Tm30.47386338.369458152.22205105.610010734732.438750.697781089121.9627.255236.964996139.6569796.5578812930817.0712

15、0.697716415111.510624.16117136.728984126.7783287.6200484327325.333770.697709256101.1890920.95903636.993158113.4899778.5264557823818.155010.69773074890.68612617.90443637.310955100.7959269.8593895520479.958520.69776187980.67554214.6940737.65282286.21801959.8709215616931.88940.69779792969.13915611.1983

16、6837.93566268.57719847.6944305312989.939090.69782686955.0767868.320672438.06917553.72829137.425017729721.8840430.69785589943.217109七实验结果的分析与误差讨论经函数拟合后得到的关系式：强化传热前：Nu=0.0208Re0.781Pr0.4加混合管后：Nu=0.0243Re0.8157Pr0.4公认关联式为：Nu=0.023Re0.8Pr0.4，比较容易得出传热强化前后得到的m，A值与标准值都有一定的偏差，其中以强化后实验得到的A值误差最大。（1）从图中可以看出，不管

17、传热是否被强化，Nu/Pr0.4Re关系曲线的线性都非常好，说明当流体无相变时，用量纲分析法推导出的对流传热准数关系式A（在强制对流即忽略Gr影响时）的准确性是很好的。 （2）从处理后的数据和上述关系图中都可以得到在相同的雷诺数下，加混合器后的Nu/Pr0.4值比未加混合器时的大，因为Pr和热导率在实验条件下变化很小，由知，加混合器强化传热后，传热膜系数变大。说明增大加热流体的湍动程度可以强化传热。 （3）实验中加入混合器后，空气的出口温度明显变高，但孔板压降则迅速降低，说明实验中，传热效果的提高是以增大流动阻力为代价的。 在实验过程中，由传热系统使用长久而造成的系统误差，孔板压降示数极难稳定，读取数据时的跳跃值取其均值导致人为误差，进行数据拟合时，拟合函数的选用等均会带来误差。 八思考题：1、本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度？为什么？ 答：接近蒸汽温度。因为蒸汽冷凝给热系数远远大于空气