化工原理试验传热试验报告

1、传热膜系数测定实验(第四组)一、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二、实验内容1、 测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数a12、 测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数a'3、回归a和a联式Nu A Rea P4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，所以采用量纲分

2、析法来确定给热系数。寻找影响因素 物性：p ,则： 量纲分析P ML-3,1)2)3)4)5)，入q设备特征尺寸：I 操作：u,3 g ATa=f ( p,!,入 Cp , l , u ,3 g AT! ML-1 T-1, 4ML T-3 Q-1 , Cp L2 T-2 Q-1 , IL , WLT"1, 旳 at L T2,选基本变量(独立，含p , 1 , 口，入无量纲化非基本变量a： Nu =a/ 入原函数无量纲化Ilu一 F ,aMT-3 Q-1M，L, T，Q-热力学温度)u: Re=pu/j!Cp：Pr=Cp口 / 入 3 g AGr=3 gAlTp2/口 232g tl

3、2实验Nu = AReT PP Grc强制对流圆管内表面加热： 圆管传热基本方程：Q K1 A® t2) (T2 tJ6)Nu = ARealnTK1 AItmt1热量衡算方程：Q qm1C p1(T1圆管传热牛顿冷却定律:(tw2T2)qm2Cp3(t2tjQ 1 A!圆筒壁传导热流量:(tw1 t2)lntw1t2A2A1ti)2 A2(TiTwi) (T2Tw2)In(A2 /AJ空气流量由孔板流量测量：qv 26.2空气的定性温度：t=(t 1 +t2)/2 C InT_T2Tw2(Tw2t w2 ) (Tw1tw1 )In Tw2tw2)/(Tw1tw1)p0.54m3h-

4、1 , kPa三、实验流程10111、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100C 的1、壁套管换热器内管为027X黄铜管，长，走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走热蒸汽。进、出口温度由铂电阻(P t100)测量，使用时测温点位于管道中心。壁温温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，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

5、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、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10750710Hz,每个点稳定约分钟记录数据，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

6、。调节频率10750Hz,孔板压降最小值大于；7、测完数据关风机，2分钟后，检查壁温 100C基点偏差；&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。序号空气空气壁温壁温孔板气速空气流热流量给热系数入口出口12压降u量Q/W/W*m -2K-1C五、实验数据表1选择上行数据 空气普通对流给热系数表(l=,d=0.020m ), 100 C基点=温度/ C温度1 CT1/CT2/C/Kpa/m*s -1/m 3*h -11100236534530666100789271011100NuPrReNu/PrAlog(Nu/PrAlogRe577934753047191

7、296342263817694142261191094681196410795C序号空气 入口 温度/ C空气 出口 温度/ C壁温1T1/C壁温2T2/ C孔板 压降/Kpa气速u/m*s -1空气流 量/m 3*h-1热流量Q/W给热系数/W*m -2K-112310045673283392空气强化对流给热系数表（加入混合器），100 C基点=NuPrReNu/P"log(Nu/PrA718379409288113281533619200237222873534143六、实验结果作图及分析 数据处理： 已知公式：430.7063 2 10 t kg/m (1.710.005t)

8、10 5Pa s(2.4513 0.0074t)0.70632 10 4t1.005KJ (Kg K)10 2 w/(m k)PrCp以表1中第一组数据为例：从(tw t1) (tw t2) c = (99.65m= a t1)(twt2)31.2)(99.65501 09 c,(99.65 31.7)In(99.6561.7)Vs26.2 P0.5426.2 4.270'5457.38 m3VsCp(t2ti)/3600 1.1072 57.381005(61.7-31.2)/3600 558.63J s-1QA tm558.633.14 0.02 1.25 51.09139.28

9、wm-2 K 1Nu99.530.0280Redu4qm4 Vs4 1.d3600 d3600 3.14Nu99.53115.000.4Pr0.6970.4Pr0.7063 210 4t = 10-4*=由公式ig先Ig A mig Re 可知，分别对d139.28 0.02107257.380.02 1.94 10-557793.99Nu/Pr0.4和Re取对数，并作图所作出的直线的斜率即为m ;截距即为IgA.。 普通y=0.73x-1.68实验数据线性（实验数据）log Re由图可知：m=,igA=,进而得出A=。因此得出关联结杲为：Nu 0.013Re Pr ，继而得出传热膜系数0.0

10、13 （旦）0.76（乩严d强化后双对数坐标?实验数据线性（实验数据）Re3.00200(3.00)y=0.81x-1.622.004.00'000(2.0_(1.00)0-006.00*强化实验数据 线性(强化实验数据)logRe由图可知：m=igA=进而得出A=。因此得出关联结果为：Nu0.024Re°.81 Pr°.4继而传热膜系数du、 0.73 ,cp、0.4叫)0.)实验结果分析：传热膜系数公认的关联式为0.023 (型)0.8(也严，而实验得出 d的关系式为0.013(3)0.73()0.4。可以看出系数 A=有差距，指数a=也与公认式 d中a=有一定

11、的误差因素，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在左右，不满足公认式的条件(<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Nu ARem 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。27 X,结合实验数据，K1,占总热阻1/ Ki的百分比。4、水蒸汽的温度是100 C，管道尺寸是0(1) 计算套管换热器总传热系数(2) 计算空气一侧的热阻 1/ a1 答：( 1)1/a2=(T-Tw)/q=/=,1/a1= (tw-t)/q= 贝U K=1/(1/a1+1/a2+