传热膜系数测定实验报告

学生实验报告姓名： 张道兴学号：200811226专业： 化学工程与工艺田班级：化工0808同组人员： 张可人，张文芊，余斌 课程名称： 化工原理实验 实验名称： 传热膜系数测定实验 实验日期：2010.12.6批阅日期: 成绩： 教师签名： 实验名称：传热膜系数测定实验报告摘要：本实验采用比较的方法来测得传热系数K以及传热膜系数a及在前人的基础上，利用水蒸气-空气传热系统进行试验，并获取相关经验关联式的各项常数，方法简单，可靠。一、 目的及任务掌握传热膜系数a及传热系数K的测定方法；通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m、n的方法；通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响a的因素，了解工程上强化传热的措施；测定套管换热器的静压损失与雷诺损失的关系。二、 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：Nu=ARemPrnGrp对于强制湍流而言。Gr数可忽略，即Nu=ARemPrn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m、n和系数A。用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=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 =lgA+mlgRePr0.4在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点函数值带入方程中，则可得系数A,即Pr0.4Rem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A、m、n。对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其特征数定义式分别为Re=如，Pr=竿，Nu占卩 九 九实验中改变空气的流量，以改变Re值。根据定性温度（空气进、出口温度的算数平均值）计算对应的Pr值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu值。牛顿冷却定律为Q=aA^tm式中a——传热膜系数，W/（m2°C）；Q 穿热量，W；A 总传热面积，m2；△t——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，C。m穿热量可由下式求得Q=Wc(t-1)/3600=pVc(t-1)/3600p21sp21式中W 质量流量，kg/h；cp 流体的比定压热容，J/(kg.°C)；t1,t2——流体进、出口温度，C；p——定性温度下流体密度，kg/m3； 流体体积流量，m3/h；$空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量匕与孔板流量计压差的关系式为=26.280.54s式中 孔板流量计压降，kPa；V——空气流量，m3/h。$三、 装置和流程1.设备说明本实验空气走内管，蒸汽走环隙。内管为黄铜管，其管径为①(25X2)mm,有效长度为1.25m。空气进出口温度和壁温分别由铂电阻和热电偶测得。测量空气进出口温度的铂电阻应置于进出管的中心。测量管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁的两端。孔板流量计的压差由压差传感器测得。实验使用的蒸汽发生器由不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为1.5kW。风机采用XGB型漩涡气泵，最大鸭梨17.50kPa,最大流量100m3/h。采集系统说明压力传感器本实验装置采用ASCOM5320型鸭梨传感器，其测量范围为0—20kPa。显示仪表本实验中所有温度和压差均由人工智能仪表读取，测量点分别为：孔板压降，进出口温度，壁温。10、蒸汽发生器 10、蒸汽发生器 11、补水漏斗12、补水阀 13、排水阀四、 操作要点实验开始前，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。检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/2—2/3。打开总电源开关。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。将空气流量控制在某一值。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。实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。五、 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(未强化)d=0.02m,l=1.25m组数DP(kPa)空气进口温度t(oC)空气出口温度t(oC)进口壁温T,(oC)出口壁温T.(oC)12.9835.264.8W1100.1W299.922.3836.166.2100.299.831.8435.966.7100.199.941.3634.966.9100.199.950.9533.766.9100.110060.6332.367100.110070.523166.9100.110080.423066.9100.1100.190.3329.167100.1100传热膜系数测定原始数据表(强化后)d=0.02m,l=1.25m组数DP(kPa)空气进口温度t(oC)空气出口温度t(oC)进口壁温T,(oC)出口壁温T.(oC)11.5541.1“79.8W1100.1W2100.121.0141.181.3100.3100.130.714081.9100.4100.240.453882.6100.2100.150.253683.6100.3100.30.2134.583.9100.1100.12．数据处理传热膜系数测定计算数据表(物性计算)d=0.02m,l=1.25m组数Vs(m3/h)空气定性温度t(oC)平均壁温Tw(oC)空气密度P(kg/m3)空气粘度M(mPa•s)空气热容Cp(Kj/(kg•K))导热系数入(W•m-i•K-1)147.247501001.09650.01961.004096390.028213241.84651.151001.0924750.01965751.004444870.028298336.41751.31001.091950.0196651.004521280.028309430.93250.91001.093350.0196451.004531340.02828525.48450.3100.051.095450.0196151.004504570.028235620.41549.65100.051.0977250.01958251.004464680.028187718.40548.95100.051.1001750.01954751.004421850.028135816.40048.45100.11.1019250.01952251.004376170.028098914.39848.05100.051.1033250.01950251.004343810.028069传热膜系数测定计算数据表(准数计算)d=0.02m,l=1.25m组数流速U(m3/s)传热速率Q(W)对数平均温差传热膜系数雷诺准数Re普朗特准数Pr努赛尔准数aDTm(kg/m3)a(W•m-2•K-i)141.776427.86048.504112.314467420.69780379.619237.000383.96147.263103.43641125.640.69779973.106332.200341.75747.03192.52135759.240.69779865.365427.350301.97547.309981.27030443.610.697857.476522.533258.60447.84568.81825168.240.69780248.746618.051216.96148.34257.14320237.050.69780540.546716.274202.81248.92452.78118318.510.69780837.520814.501186.04349.37347.97716370.020.69781134.149912.730167.96249.61043.10714404.180.69781330.715传热系数相关计算(以第一组数据为例)：C^―~zr—空气定性温度：t=号2=C^―~zr—平均壁温：T+T

t平均壁温：T+T

t=—W1 W2100.1+99.92=100oC流量计算：V=26.2AP0.54=26.2x2.98o.54=47.247m3/hs定性温度下：空气密度计算：P=1.2715-0.0035xt=1.2715-0.0035x50=1.0965kg/m3空气粘度计算：r二(1.71+0.005xt)X10-5二(1.71+0.005x50)x10-5二0.0000196PaDs空气导热系数计算:九二(2.4513+0.0074xt)x10-2二(2.4513+0.0074x50)x10-2二0.027806WDn-1DK-1空气热容计算：C=8.3145x(3.653—1.337x10-31+3.294x10-612—1.913x10-913+0.2763x10-1214)/29p=1.00444487kJDg-1DK-1传热速率计算：Q=PVC(t—t)/3600=427.8603Wsp2 1对数平均温差计算：At二n(T—对数平均温差计算：At二n(T—t)-(T—t) (100—35.2)-(100—64.8) 1 w-1n(T-t)Inw—1—(T-1)w2ln(100-35.2)

n(100-64.8)二48.504oC给热系数计算：“卷n47.86030.02x48.504112.314W/(n-2DK-1)流速计算：4qv流速计算：4qvu=—兀d24x47.247兀0.022x360041.77579n/s雷诺数计算：du雷诺数计算：duPRe=—0.02x込x1.°965=467420.0000196普朗特准数计算：Pr=竽=0.6978ad努赛尔准数计算：Nu= =79.61863九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=0.02m,l=1.25m组数Vs(m3/h)空气定性温度t(oC)平均壁温Tw(oC)空气密度P(kg/m3)空气粘度M(mPa•s)空气热容Cp(Kj/(kg•K))导热系数入(W•m-i•K-1)133.19660.45100.11.0599250.02012251.005183670.028986226.34161.2100.21.05730.020161.00524050.029042321.77660.95100.31.0581750.02014751.00522150.029023

417.02360.3100.151.060450.0201151.005172360.028975512.39359.8100.31.06220.020091.005134830.028938611.28059.2100.11.06430.020061.005090080.028894强化后传热膜系数测定计算数据表（准数计算）d=0.02m,l=1.25m组数流速传热速率对数平均温差传热膜系数雷诺准数普朗特准数努赛尔准数UQDTmaRePra(m3/s)(W)(kg/m3)(W•m-2•K-1)129.35128380.197736.273112.31430920.760.69780692.0821223.29064312.627135.261103.43624429.760.6978177.74049319.25429269.594835.30092.52120225.240.69780867.0091415.0516224.801535.27181.27015870.220.69780556.01376510.95811174.95435.30868.81811587.560.69780343.6036869.973471165.574435.32257.14310583.020.697841.31266六、 实验结论及误差分析以实验数据在单对数坐标下关联图如下：♦传热系数测定点（未强化）■传热系数测定（强化后）乘幕（♦传热系数测定点（未强化）■传热系数测定（强化后）乘幕（传热系数测定点（未强化））乘幕（传热系数测定（强化后））Nu/(Pr)S.4经指数拟合如下：强化传热前，Nu/(Pr)S.4=0.0429ReA0.7563则Nu=0.0429Re0.7564Pr0.4强化后拟合结果：Nu/(Pr)S.4=0.0139ReA0.8199则Nu=0.0139Re0.8199Pr0.4

误差及结果分析：公认关联式中，其中A=0.023,而实验给出的A相差较大，而实验的m值与公认的m=0.8相差并那么明显。实验之前，由原理所造成的方法误差，及忽略普朗特准数，及格拉斯霍夫准数对传热系数的影响。在实验过程中，由传热系统使用长久而造成的系统误差，测壁温时使用了近似处理，由此也造成了系统误差，由操作人员读