传热膜系数的测定

1、传热膜系数的测定姓名：王丽 班级：应化11001 序号：15 指导教师：吴洪特一实验目的的测定方法，并分析影响的因素；1.掌握确定传热膜系数特征关联式中的系数A和指数m、n的方法；用图解法和线性回归法对i的实验数据进行处理，求关联式Nu=ARemPr中常数A，m的值。水蒸气强化套管传热器的实验研究，测定其特征数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu，了解强化传热的 基本理论和基本方式。4.学会测温热电偶的工作原理、使用方法。二、实验原理（1）套管式传热膜系数的测定对流传热的核心问题是求算传热系数，当流体无相变化时对流传热特征数关联式一般形式为：Nu=ARemPrnGrp 1对强

2、制湍流，Gr数可以忽略，Nu=ARemPrn 。本实验，可以图解法和最小二乘法两种方法计算特征数关联式中的指数m、n和系数A。图解法中，可取n=0.4（）实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程：lgNuPr0.4=lgA+mlgRe 2在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任去一点的函数值代入方程中得到系数A，即A=NuPr0.4Rem 3用图解法，根据试验点确定直线位置，有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n可以看出方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。

3、雷诺数：Re=du： 努赛尔数：Nu=1d； 普兰特数：Pr=cp；式中d换热器内管内径，m；1空气传热膜系数，W/m2·；空气密度，kg/m3；空气的热导率，W/m·；cp空气定压比热容，J/kg·；空气的黏度，Pa·s。应为空气传热膜系数1远小于蒸气传热膜系数2，所以传热管内的对流传热系数1约等于冷热流体间的总传热系数K，即1K，则有牛顿冷却定理：Q=1Atm=1dltm 4式中A总传热面积，m2；tm管内外流体的平均温差，其中： t1=T-t1 ，t2=T-t2T蒸气侧的温度，可近似用传热管的外壁面平均温度Tw（）表示。传热量Q可由下式求的：Q=W

4、cpt2-t13600=Vscpt2-t13600 (5)式中W空气质量流量，kg/h；cp空气定压比热容，J/kg·；t2、t1空气进、出口温度，；定性温度下空气密度，kg/m3；Vs流体体积流量，m3/h。空气体积流量孔板流量计测得，其流量Vs与孔板流量计压强p的关系为：Vs=26.2p0.54 6(2)管内强化传热系数的测定强化传热时Nu=BrRem，其中B、m的值因螺旋形麻花铁的尺寸不同而不同。同样可用线性回归方程确定B和m的值。单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判标准，即强化管的努赛尔数Nu与普通管的努赛尔数Nu的比。显然，强化比Nu/

5、Nu1，而且它的值越大，强化效果越好。三、实验装置与流程（1）实验装置传热综合试验装置如图2所示。虚线框内为加麻花铁后的强化传热过程。图1 空气-水蒸气传热试验装置流程图（2）流程说明本装置流程如图1所示。空气走内管，蒸气走环隙。内管为黄铜管，冷空气由风机输送，经孔流量计后，进入换热器E01（E02）内管，并与套管环隙中蒸气换热。空气被加热后，排入大气。 （3）装置及控制点参数见表1。四、操作步骤1.试验开始前，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.检查蒸气发生器中水位，务必使蒸汽发生器液位保持在（1/2）（2/3）的高度。3.打开总电源开关。4.试验开始时，关闭蒸汽发生

6、器补水阀，接通蒸汽发生器的加热电源，约10min后，启动风机，并打开放气阀。5.调节空气流量时，最低不应小于0.1kPa，实验中中要合理去点，以保证数据点均匀。6.将空气流量控制在某一值，改变空气流量（810次），重复试验，记录数据。7.转换内容，进行强化套管换热器的实验，测定810组数据。8.实验结束后，先停蒸汽发生器，过5min后关闭风机，并将旁路阀全开，清理现场。9.切断总电源。五、实验数据记录及处理表2 测定的数据记录序号实验记录数据空气入口温度t1/空气出口温度t2/壁温Tw1/壁温Tw2/孔板压降p/(kPa)普通传热12345678910强化传热123456789410传热系数相

7、关计算（以表2第一组数据为例）：管内径d=0.02m 管长l=1.25m 平均空气温度47，查表可得空气的密度=kg·m-3 定压比热容cp=1015J·kg-1-1 热导率=2.79×10-2W·m-1·-1 黏度3×10-5Pa·s 相关计算结果如下：表3 测定的数据处理序号实验处理数据QReNuPr普通传热196.055 23.406 9914.828 16.779 0.702 2153.692 39.942 15110.964 28.328 0.706 3186.279 48.436 18717.984 34.352

8、 0.706 4216.086 55.935 22130.759 39.670 0.706 5247.256 63.166 25965.653 44.798 0.706 6310.634 78.373 33783.986 55.584 0.706 7345.701 86.504 38383.852 61.351 0.706 8373.125 92.687 42290.671 65.735 0.702 9390.217 96.733 45196.469 68.605 0.702 10388.149 96.537 45810.442 68.466 0.706 强化传热1121.138 37.213

9、 10071.605 26.023 0.697 2151.187 48.606 12352.480 33.990 0.766 3182.451 59.529 15065.814 41.483 0.702 4214.744 71.116 17525.116 49.386 0.703 5247.622 82.468 20208.330 57.270 0.703 6265.345 88.714 21888.728 61.394 0.700 7287.141 96.010 23880.365 66.443 0.700 8306.802 102.360 25867.963 70.838 0.700 93

10、26.704 108.966 27576.577 75.409 0.702 10331.776 111.504 28975.975 77.166 0.707 以Nu/Pr对Re作图得：图2 普通传热试验结果图3 强化传热试验结果（1）传热： 可得到 即 （2）强化传热： 得到 即 （3）以p对Nu作图得：图4 P与Nu关系图由图可得到：随着Nu的增大，普通传热所需的p比强化传热所需的p增大的快。六、实验思考题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。因为蒸汽冷凝传热膜系数远大于空气的传热膜系数。2.管内空气流速对传热膜系数有何影响？当空气流速增大时，空气离开热交换器时的温度将升高还是降低？为什么？答：传热系数正比于流速，故当空气流速增大时传热系数亦增大，由Q=WCP(t2-t1)