传热综合实验实验报告

1、传热综合实验一、实验目的：1、 掌握传热系数K、传热膜系数1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；2、 掌握用最小二乘法确定关联式Nu ARm 中常熟A、指数m 的值；e3、 通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施；4、 掌握孔板流量计的原理；5、 掌握测温热电偶的使用方法。二、实验原理（一）无量纲准则数对流传热准数关联式是无量纲准则数之间的方程，主要是有关Nu、Re、Pr 等数据组的关系。雷诺准数Re duNu C 普兰特准数Pr P式中：d换热器内管内劲，m ； 空气传热膜系数，Wm-2； 空气密度,kgm-3； Wm-1；Cp 空气的动力粘度，PaS。实

2、验中用改变空气的流量来改变准数Re 之值。根据定性温度计算对应的Pr 准数值。同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数 值，进而算得Nu 准数值。（二）对流传热准数关联式对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成：Nu C Re mPr n系数、指数m n 则需由实验加以确定。通过实验测得不同流速下孔板流量计的压Nu （最小二乘法）确定关联式Nu ARm 中e常数 A、m 的值。（三）线性回归用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量 Re 和 vPr 分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可去n=0.4。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程l

3、g Nu lgC mlgPr0.4在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值带入方程中得到系数C，即C NuPr 0.4 Rem用图解法，根据实验点确定直线位置，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C、m、n。（四）空气传热膜系数因为空气传热膜系数 远小于蒸汽传热膜系数 121约等于冷热流体间的总传热系数K。则有（1）传热速率方程：Q At ；1m传热面积（内管内表面积，；t管内外流体的平均温差，。mtttm1 t2其中，t T t ，t T t112ln t12TT=1.2705+23.

4、518EWWE热电偶测得的热电势，mV。传热量QQ wCp(tt )/3600 V Cp(t t ) /36002121w Vt,t12实验条件下的空气流量V,需按下式计算273 t式中：V20下的体积流量t0V Vt0273 t1t 空气进出口平均温度，。（五）强化传热机理本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。1 3mm 以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金H d 的比值以及管壁粗糙度（2d / h）为图 1 强化管内部螺旋线内部结构主要技术参数且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素科学家通过实验研究总了形式为NuBRem的经验公式，其中B 和m 的值因螺旋丝尺寸不

5、同而不同。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准Nu Nu则它的形式是：0 其中Nu 是强化管的努塞尔准数是普通管的努塞尔准数，Nu Nu显然，强化比0 1，而且它的值越大，强化效果越好。三、实验装置与流程：（一）流程图 2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1、普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器；4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；8、9 空气支路控制阀；10、11、蒸汽支路控制阀；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位计；18、冷凝液回流口；19普通管测压口；20强化

6、管测压口123，42U（二）实验装置主要参数iiDi（mm） 测量段（紫铜内管）长度 l（m）d （mm）插物尺寸加热釜丝径 h（mm）节距H(mm) 操作电压（V）操作电流(A)20.0022.05057.01.0014020010四、实验方法与步骤（一）实验前的准备及检查工作向电加热釜加水至液位计上端红线处。向冰水保温瓶中加入适量的冰水，将热电偶的补偿冷端插入其中。检查空气流量旁路调节阀是否全开，电压调节电位器是否旋至最左端。检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。检查强化管支部各控制阀是否已关闭。接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。（二）实验开始蒸

7、汽排出，标志着实验可以开始。10min t1 比较稳定。调节空气流量旁路阀的开度，使压差计的读数为所需的空气流量值。5-8min可转动各仪表选择开关读取、t2 和E 值。重复3）和，共做5-7 个空气流量值。最小最大流量值一定要做。（三）实验过程转换支路，重复步骤 2 的内容，进行强化套管换热器的实验。测定5-6 组实验数据。（四）实验结束关闭加热开关。5min后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。切断总电源。若需几天后再做实验，则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。五、实验结果原始数据及数据处理（Wm-1（Wm-1-1）普通管123456P/kpa3.352.682.061.450.730.24t

8、1/43.643.842.340.83937.7t2/66.867.467.367.468.169.6E/mV4.064.064.064.064.064.06tw/96.753696.753696.753696.753696.753696.7536t/55.255.654.854.153.5553.65t1/（kgm-3）1.11761.11681.12261.12841.13541.1404/（kgm-3）1.07271.07111.07421.07691.07911.0787102*/2.86012.86282.85732.85252.84872.8494Cp/( kJkg-11.0051

9、.0051.0051.0051.0051.005-1)/(Pas)19.814719.834419.795119.760619.733619.7385t/23.223.62526.629.131.9tm/40.450839.999940.681341.233441.517641.0587Vt0/( m3h-1)34.700530.615726.323521.539014.58557.7777V/( m3h-1)35.971931.756127.367122.451915.26578.1769u/( ms-1)31.806128.078524.197919.851913.49787.2300Q/

10、w249.9074224.0989205.1746179.5492133.818378.5472/Wm-2 K98.326989.166380.269269.303451.298330.4471Re34436.338130326.521326262.781321637.892814761.50527902.0549Nu68.758562.292656.185148.591536.015221.3709Pr0.69630.69630.69630.69620.69620.6962Nu/ Pr0.479.472271.998064.940456.164641.629024.7020Ln(Re)10.

11、446910.319810.17599.98229.59988.9749Ln(Nu)4.23064.13184.02873.88343.58393.0620Ln(Nu/ Pr0.4)4.37544.27664.17354.02833.72883.2069表3强化套管换热器实验数据处理表强化管123456P/kpa2.72.231.71.220.760.14t1/41.841.339.537.435.733.5t2/77.277.477.377.177.379.4E/mV4.054.054.054.054.044.04tw/96.518496.518496.518496.518496.28329

12、6.2832t/59.559.3558.457.2556.556.45t1/（kgm-3）1.12451.12651.13341.14161.14811.1566/（kgm-3）1.05601.05661.06031.06471.06761.0678102*/2.88972.88862.88212.87422.86902.8687（Wm-1-1）Cp/( kJkg-1-1)1.0051.0051.0051.0051.0051.005/(Pas)20.026220.018819.972119.915619.878719.8762t/35.436.137.839.741.645.9tm/34.00

13、1134.035934.758435.659135.847834.9483Vt0/( m3h-1)30.624827.472123.498019.416114.82635.6964V/( m3h-1)32.346729.049824.919220.657715.82536.1229u/( ms-1)28.600825.685622.033418.265513.99275.4139Q/w337.5761309.3329278.8111243.7684196.215283.7793/Wm-2 K158.0151144.6469127.6645108.799787.114538.1531Re3016

14、3.633927114.036923394.209719530.286415030.24415817.0698Nu109.3654100.148888.591375.708360.727826.5999Pr0.69650.69650.69640.69640.69630.6963Nu/ Pr0.4126.3902115.7394102.385687.499570.187430.7434Ln(Re)10.314410.207810.06029.87979.61788.6686Ln(Nu)4.69474.60674.48404.32694.10643.2809Ln(Nu/ Pr0.4)4.83944

15、.75134.62874.47164.25123.4257实验数据处理过程以普通管第一组数据为例孔板流量计压差P=3.35kPa,进口温度 t1=43.6，出口温度 t2=66.8，壁面温度热电势4.06mV.已知数据及有关常数：传热管内径diF di=20.0mm=0.0200m F=(di2)/4=3.142*0.02002 传热管有效长度L 及传热面积SiSi=Ldi=3.142*1.00*0.0200=0.06284m2t1为孔板处空气的温度，为由此值查得空气的平均密度t=43.6时，=1.1176 kg/m31先算出测量段上空气的定性温度t /t= （t +t ）/2=(43.6+6

16、6.8)/2=55.212查得：测量段上空气的平均密度=1.0727（kg/m3） 测量段上空气的平均比热Cp=1005(J/kgk)测量段上空气的平均导热系数 测量段上空气的平均黏度=19.8147 (Pas)测量段上空气的平均普朗特准数的0.4 次方为：Pr0.4=0.69630.4=0.8652（5）空气流过测量段上平均体积V(m3/h)的计算： P 0.563V18.703t0t1273 t=34.7005 (m3/h)V Vt0273 t1 35.9719 (m3/h)冷热流体间的平均温度差/的计算：mT1.270523.5184.06 96.7536 wtm =40.4508其余计

17、算传热速率Q VCp(tt )/3600 35.97191.07271005(66.8-43.6) 249.9074W21m=Q/(tSi)=249.9074/(40.4508 0.06284)= 98.3269 传热准数Nu=di/=98.32690.0200/0.028601=68.7585m测量段上空气的平均流速u=V/(F3600)=35.9719/(0.00031423600)= 31.8061(m/s)雷诺准数Re=di u/=0.0200 1.0727 1.097/0.0000198147=34436.3381作图，回归得到准数关联式Nu=ARem中的系数回归图如图3 （分析见

18、2. Ln(Nu)-Ln(ReNu=ARem, lnNu=lnA+mlnRe所以以lnNulnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA.作图得，m=0.7922，lnA=-4.036，R2=0.9991 所以A=0.01767即 Nu=0.01767Re0.7922作图，回归得到准数关联式Nu CRem Prn 中的系数（n=0.4）回归图如图5 所示（分析见 3. Ln(Nu/ Pr0.4)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联由NuCRem Prn , 可得ln(Nu/ Pr0.4)=lnC+mlnRe所以以ln(Nu/ Pr0.4)lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,

19、截距是lnC.作图得，m=0.7922，lnC=-3.891，R2=0.9991 所以C=0.02043即 Nu=0.02043Re0.7922 Pr0.4Ln(Nu)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式由 Nu=ARem, 可得 lnNu=lnA+mlnRe所以以lnNu-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是 lnA.作图得，m=0.7922，lnA=-4.036，R2=0.9991 所以A=0.01767即 Nu=0.01767Re0.7922由 Nu=ARem, 可得 lnNu=lnA+mlnRe所以以lnNu-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是 lnA

20、.作图得，m=0.8603 ， lnA=-4.173，R2=0.9999所以A=0.01541即 Nu=0.01541Re0.8603Ln(Nu/ Pr0.4)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式由NuC RePr n , 可得ln(Nu/ Pr0.4)=lnC+mlnRe所以以ln(Nu/ Pr0.4)-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是 lnC.作图得，m=0.7922，lnC=-3.891，R2=0.9991 所以C=0.02043即 Nu=0.02043Re0.7922 Pr0.4由NuC RePr n , 可得ln(Nu/ Pr0.4)=lnC+mlnRe所以以l

21、n(Nu/ Pr0.4)-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m，截距是lnC.作图得，m=0.8602，lnC=-4.028，R2=0.9999 所以C=0.01781即 Nu=0.01781Re0.8602 Pr0.4NuRe类别普通套管强化套管Nu=ARemNu=0.01767Re0.7922 Nu=0.01541Re0.8603NuCRem PrnNu=0.02043Re0.7922 Pr0.4 Nu=0.01781Re0.8602 Pr0.4A C 都比普通套m 结论别，表明了强化套管传热能力与普通套管的明显不同，强化套管提高了换热器的换热能力。强化比的计算同一流量下，强化管的努塞尔准数Nu 与普通管的努塞尔准数Nu 之比，即Nu/Nu .oo当流量等于 28.0785m3/h 时, Nu =62.2926o28.6008m3/h28.0785m3/h28.6008m3/h所以强化比Nu/Nu 近似等于 109.3654/62.29261.756o其他强化传热的措施翅片：在管子表面加装翅片，增加传热面积。以消除死区