化工原理实验传热实验报告

1、传热膜系数测定实验（第四组）、实验目的1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法、实验内容1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数ai2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数ai'3、回归ai和ai联式Nu A Rea Pr0.4中的参数A、a*4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失二、实验原理间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三 个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量

2、纲分析法来确定给热系数。1）寻找影响因素物性：p,a， cp设备特征尺寸：l 操作：u, p gAT则：a=f （ p, 11, X, cP, l , u, 3 gA）r2）量纲分析pML-3,以ML -1 T-1, ML T -3 Q-1, cp L 2 丁2 Q-1, lL , uLT-1,因 AT L T -2,oMT 3 Q-13）选基本变量（独立，含 M, L, T, Q-热力学温度）p, l,科,人4）无量纲化非基本变量a： Nu=al/入u: Re= plu/Cp：Pr = Cp（i/人 0gA:TGr=BgAlT p2/科 25）原函数无量纲化6）实验Nu =AReaPrb G

3、rc强制对流圆管内表面加热：Nu = ARea Pr0.4圆管传热基本方程：热量衡算方程：圆管传热牛顿冷却定律：圆筒壁传导热流量： QA2 A1ln(A2 /A力(Tw2t w2 )(Tw1t w1 )lnTw2 tw2)/(Tw1 tw1 )空气流量由孔板流量测量:qv 26.2 P054 m3h-1, kPa空气的定性温度：t=（t 1+t2）/2 三、实验流程1、蒸汽发生器 2、蒸汽管 3 、补水漏斗 4 、补水阀 5 、排水阀6、套管换热器 7、放气阀8 、冷凝水回流管 9、空气流量调节阀10、压力传感器11 、孔板流量计12、空气管 13 、风机图1、传热实验流程套管换热器内管为4

4、27X 3.5mm黄铜管，长1.25m,走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走100c的热蒸汽。进、出口温度由粕电阻 (Pt100)测量，使用时测温点位于管道中心。壁温 1、壁温2由热电偶测量，测温点通过锡焊嵌入管壁中心，测量值为壁中心温度。蒸汽发生器加热功率为1.5kW,变频器为西门子 420型，风机为XGB型旋涡气泵，最大静风压17kPa,最大流量100 m3/h。此外，还用到了北京化工大学化工原理实验室开发的数据采集与控制软件。四、实验操作1、检查蒸汽发生器中的水位，约占液位计高度4/5左右，如不够需加水；2、按下总电源、加热器、风机绿色按钮，开仪表开关，等待 20分钟套管间充满水蒸汽；3

5、、约到15分钟时，观察壁温 1、壁温2的变化以及水蒸汽的滴状冷凝情况；4、当有蒸汽和不凝性气体从套管间排出时，全开流量调节阀，用鼠标点击上图中绿色按钮启动风机预热设备5分钟；5、通过计算机间隔 34Hz调节频率10-50-10Hz,每个点稳定约1.5分钟记录数据，注意随时查看结果， 调整布点及发现错误等；6、加入静态混合器进行强化传热实验，先将出口温度计拔出，旋转放入混合器，再将温度计放回中心位 置。调节频率1050Hz,孔板压降最小值大于 0.1kPa ；7、测完数据关风机，2分钟后，检查壁温 100 c基点偏差；8、关闭加热器，与 6步相同取出静态混合器放好，检查液位加水，关闭计算机。五、

6、实验数据表1选择上行数据空气普通对流给热系数表(l=1.25,d=0.020m ), 100 c基点=99.9 C1 丁 P空气 入口 温度 / C空气 出口 温度 /壁温1T1/ C壁温2 T2/C孔板 压降 /Kpa气速u/m*s-1空气流 量/m3*h -1热流里Q/W给热系数 /W*m-2K1131.262.710099.34.2750.757557.3763 5J58.6280 139.2843233.764.499.899.43.0442.249447.7588 4.50.1721 117.1391333.16599.899.5341.948347.4184 4.64.4346 1

7、21.0455431.765.399.999.61.2626.258529.6826 326.751979.169153065.799.899.70.7619.985222.5913 2!48.571563.6042629.16610099.70.4815.593317.6267 2!00.656551.0682728.366.599.899.80.3212.527114.160666.958042.5449827.766.999.899.80.2310.481011.847743.390236.559692767.1100.199.80.158.32079.4057116.540729.53

8、721026.566.599.899.80.2310.481011.847746.687036.85881126.166.810099.80.199.453610.686334.644433.7912NuPrReNu/PrA0.4log(Nu/PrA0.4)logRe99.53 0.69757793115.002.064.7683.25 0.6964753096.211.984.6886.02 0.6964719199.412.004.6756.34 0.6972963465.111.814.47 145.34 0.6972263852.401.724.35 136.44 0.69717694

9、42.101.624.2530.37 0.6971422635.091.554.15 :26.10 0.6971191030.161.484.08 '21.10 0.697946824.381.393.9826.37 0.6971196430.471.484.08 24.18 0.6971079527.941.454.03 ,J 丁 p空气 入口 温度 / C空气 出口 温度 /壁温1T1/ C壁温2T2/ 孔板 压降 /Kpa气速u/m*s-1空气流 量/m3*h -1热流里Q/W给热系 数 /W*m2K-1132.281.8100.199.80.16.687.56112.1637.

10、94231.881.6100.199.90.127.388.34124.3941.68331.581.410099.80.168.629.74145.7048.64431.480.6100.199.80.2310.4811.85175.0157.32531.279.499.899.80.414.1315.97231.7074.26631.577.199.899.70.617.5919.88273.7484.3573277.199.899.70.8921.7624.60334.71103.5983376.299.999.61.2726.3729.81388.41119.32934.476.199

11、.999.51.7631.4535.55446.22138.73log(Nu/PrA0.4)NuPrReNu/PrA0.426.410.6949718330.5529.040.6950794033.5933.910.6950928839.2240.000.69511132846.2751.920.69521533660.0559.130.69541920068.3772.560.69542372283.9183.580.69542873596.6597.010.695334143112.191.491.531.591.671.781.831.921.992.052空气强化对流给热系数表（加入混

12、合器），100c基点=99.9 C六、实验结果作图及分析 数据处理：43已知公式：0.7063 2 10 t kg/m以表1中第一组数据为例： tm =501.09 c(tw t1) (tw t2)c =(99.65 31.2) (99.65 61.7) (tw t1)一 (99.65 31.7)InIn(tw t2)(99.65 61.7)4-4 .Pr 0.7063 2 10 t =0.7063-210 *46.95=0.697m；截由公式lg -Nur lg a mlg Re可知，分别对 Nu / Pr0.4和Re取对数，并作图所作出的直线的斜率即为 Pr距即为lgA. o普通由图可知:

13、0.730.4m=0.73,lgA=-1.89,进而得出A=0.013。因此得出关联结果为：Nu 0.013Re Pr，继而得出传热膜系数dU、0.76,Cp 、0.40.013-()() d强化后0810 4由图可知：m=0.8i,igA=-i.62,进而彳#出a=0.024。因此得出关联结果为：Nu 0.024 Re Pr继而传热膜系数0.024 _ (-du)0.73 (&)0.4d实验结果分析：传热膜系数公认的关联式为0.023 (-du)0.8 (一)0.4,而实验得出的关系式为d一一一 .du . 0 73 .cP ,0.4.0.013()()。可以看出系数 A=0.013

14、有差距，指数 a=0.73也与公认式中a=0.8有一定的误d差因素，比如说：管壁不够光滑；管件材料不可能完全相同；还有实验中Pr在0.6950左右，不满足公认式的条件(0.7<Pr<160),会引起一定的误差。七、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：管壁的壁温接近蒸汽温度，因为蒸汽的传热膜系数较大，壁温更接近于传热膜系数大的一面。2、蒸汽发生器中的水是循环利用的，为什么每次实验还检查液位补水？答：因为有部分蒸汽从排气孔向外排出了。因此实验设备里的总水量减少了，所以要在下次实验前加水补液位。3、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对a的关联式有无影响？说明原因。答：由公式NuARem Prn ,发现其变量均与压强的值无关，故采用不同的蒸汽压无影响。4、水蒸汽的温度是100 C,管道尺寸是427 X 3.5mm,结合实验数据，(1)计算套管换热器总传热系数Ki,(2)计算空气一侧的热阻1/ai占总热阻1/ Ki的百分比。答：(1)1/a2=(T-Tw)/q=(100-99.8)/558.3=0.00036,1/a1= (tw-t)/q=(100.1-46.95)/558.3=0.095,d/ =0.0035/0.028