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：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,即水蒸汽一空气传热系统、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对流传热系数。釆用山风机、孔板 流量讣、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走管，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a ,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。实验还通过在管中加入混合器的办法强化了 传热，并重新测定了 a、A和m。二、目的及任务1. 掌握传热膜系数a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4和指数加的方法；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a ,当流体无相变时对流传热准数 关系式的一般形式为：N“ = AR/PrG对于强制湍流而言。6?数可忽略，即Nu = A ReH, Prn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加力和 系数儿用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量屉和分别回归。本实

3、验可简化上式，即取n二0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，在两 边取对数，得到直线方程为 lg 洛! = lgA +加 lgRe 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数皿 在直线上任取一 点函数值带入方程中，则可得系数丛 即4 Nil Pr04 Rewr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 的道道月、加、no对于方程的关联，首先要有,比、Re、丹的数据组。其特征数定义式分别为2实验中改变空气的流量，以改变屆值。根据定性温度(空气进、出口温度的 算数平均值)讣算对应的丹值

4、。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热 膜系数值，进而求得值。牛顿冷却定律为Q= a AA tB式中a传热膜系数，W/(m2.C)；Q穿热量，W；A总传热面积，m2；管壁温度与管流体温度的对数平均温差，C。穿热量可山下式求得Q = Wcp(t2 一厶)/3600 =pVscp(t2 -fJ/3600式中护质量流量，kg/h；5流体的比定压热容，J/(kg. C)； tlf t=流体进、出口温度，C；P定性温度下流体密度，kg/m3；K流体体积流量，m3/h：空气的体积流量山孔板流量计测得，其流量乂与孔板流量计压差Aq的关系式为V=26. 2Aps,式中孔板流量计压降，kPa；Vs空气流量

5、，m3/ho四. 实验流程示意图1. 设备说明本实验空气走管，蒸汽走环隙。管为黃铜管，其管径为e（25X2）mm,有效 长度为1.25m。空气进出口温度和壁温分别山钳电阻和热电偶测得。测量空气进 出口温度的釦电阻应置于进出管的中心。测量管壁温度用一支钳电阻和一支热电 偶分别固定在管外壁的两端。孔板流量讣的压差山压差传感器测得。实验使用的蒸汽发生器山不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为1. 5kWo风机采用XGB型漩涡气泵，最大鸭梨17. 50kPa,最大流量100 m3/ho2. 采集系统说明（1）压力传感器本实验装置采用ASC0M5320型鸭梨传感器，其测量围为020kPa。（2）显示

6、仪表本实验中所有温度和压差均山人工智能仪表读取，测量点分别为：孔板压降, 进出口温度，壁温。3. 流程说明流程图如下：81、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、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

7、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. 原始数据记录如下传热膜系数测定原始数据表（直管传热）d二0. 02m, 1=1. 25m频率fT进口/cT出口/c壁温 tl/C壁温t2/CAp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.

8、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（加混合器）频率fT进口/cT岀口/c壁温 tl/C壁温t2/CAp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. 622

9、534. 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, 1=1. 25m热导率定性温度密度黏度流量X (W/m. K)Atm/CP (kg/m3)U (Pa. s)qv (m3/h)0. 028201949.851. 14691. 9593E-0557.230997250. 028264850. 701. 14411.9635E-0552.559456880. 028242650.40

10、1. 146550.0000196247.758758260. 028179749. 551.151451.9578E-0543. 065064390. 028113148.651. 156351.9533E-0538.401585160. 02799147.001. 167550.0000194533.426207410.027920746. 051.173851.9403E-0527.448056580.027894845. 701. 17771.9385E-0521.776134970. 0278845. 501. 18121.9375E-0515.97400024传热膜系数测定汁算数据

11、表（准数汁算）流速u (m/s)对数平均 推动力ATm传热膜系 数aNuRePrNu/Pr150.62897849.287322134.977295.7220605959274. 084870.698196309110.5149546.49633548.359603126.4713289.4903372354185.339110.698153711103. 3226942.24943248.64762117.6862383.3395178449379. 293160.69816872496.22032738.09719149.408586108. 8582977.2600763244813.

12、699660.6982113989.19907733.97167850.41608698. 66742470. 1932013240223. 371520.69825677481.03805129.57024751.75915192. 77809566.2913757535501. 020140.69834053876.52972124.2817252.54664579.15525456.7000495329380. 850220.69838909865.45524619.26409752.68817765.4316746.913166723407. 094910.69840705154.15

13、658914. 13128152.65418850.21047536. 0189919817230. 316720.69841732441.580102传热系数相关计算（以第一组数据为例人空气定性温度：匸宁二冲49.85 流量计算：qv=26. 2Ajp 54 = 26. 2 x 4. 2554 = 57. 23099725m3/h空气密度计算：P =1. 2715 一 0. 0035T = 1. 2715 - 0. 0035 x 35. 6 =1.1469kg/m3空气粘度计算：M=(l. 71 + 0. 005t) x 10=(1. 71 + 0. 005 x 49. 85) x 105

14、= 1. 9593 x 105Pa. s 空气导热系数计算：入二(2. 4513 + 0. 0074t) x W2 = (2.4513 + 0. 0074 x 49. 85) x 102 = 0. 0282019W/m. K对数平均温差计算:=49. 85 -C(101. 1 一 35. 6) 一 (101. 1 一 64. 1)ln(101, 1 - 35. 6101. 1 - 64. 1pCpQy _ pCpQy传热系数:=134. 98W- m-2 1 1469 x 1005 x 57. 233. 14 x 0. 02 x 1. 25 x 49. 85 x 3600流速 u=旦=I %

15、5了迁=50. 63m/s兀3. 14 x 0. 02努塞尔数脳=罟=134- 98 X - 2 = 95. 72 0. 0282019普朗特数Pr =泄A1005 x 1. 9593 x 1050.0282019=0. 6982雷诺数Re =处=59274. 080. 020 x 1. 1469 x 50. 631.9593 x 105=110.51JVu_ =95. 72Pr _ 0. 6982-4强化后相关数据处理强化后传热膜系数测定计算数据表（物性计算）d二0 02m, 1=1. 25m热导率定性温 度密度黏度流量AA tm/CP (kg/m3)U (Pa. s)qv (m3/h)(W

16、/m. K)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. 951. 152151.99975E-0516.610176880. 02875757. 351. 15811.99675E-051

17、2.658635630. 02871356. 751. 164751.99375E-059.405688059强化后传热膜系数测定计算数据表（准数讣算）d二0 02m, 1=1. 25m流速u (m/s)对数平均 推动力ATm传热膜系 数 aNuRePrNu/Pr0130.47386338.369458152. 22205105.610010734732.438750.697781089121.9627. 255236.964996139. 6569796.5578812930817. 07120.697716415111.510624.16117136.728984126.7783287.6

18、200484327325. 333770.697709256101. 1890920.95903636.993158113.4899778.5264557823818. 155010.69773074890.68612617.90443637.310955100. 7959269.8593895520479. 958520.69776187980.67554214.6940737.65282286.21801959.8709215616931.88940.69779792969.13915611.19836837.93566268.57719847.6944305312989.939090.6

19、9782686955.0767868.320672438.06917553.72829137.425017729721.8840430.69785589943.217109七实验结果的分析与误差讨论1000posd/nNy = 0.0243x08157Nu/PrA0.4Re 关系图100直管传热混合管8000V = O.O2O8xC7B180000雷诺数阳经函数拟合后得到的关系式:强化传热前：Nu二0. 0208Regp加混合管后：Nu=0. 0243Re-815?Pr-公认关联式为：Nu=0. 023Re0 SPr S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，不管传热是否被强化，Nu/PrO. 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