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）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a i2、 测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数a i3、回归 a 1和 a 1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

2、清楚，所以 采用量纲分析法来确定给热系数。1）寻找影响因素物性：P,卩，入，Cp设备特征尺寸：I 操作：u,B gAT则：a =f （p,y,入，Cp, I , U,B gAT）2）量纲分析P ML-3,卩ML-1 T-1,入ML T-3 Q-1 , Cp L 2 T-2 Q-1 , I LB gAT L T -2 , a MT3 Q-13）选基本变量（独立,含 M L , T , Q-热力学温度）p , 1 ,卩,入4）无量纲化非基本变量a : Nu=a I/ 入 u: Re=p lu/ 卩Cp： Pr = Cp 卩 / 入B gAT 13 p 2/ 汇5）原函数无量纲化6）实验Nu= AR

3、e Prb Grc强制对流圆管内表面加热：Nu= ARe Pr0.4，uLT-1 ，B gAT : Gr=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：QA2A1In(A2/Ai)空气流量由孔板流量测量：qv 26.20.54.3 -1P m h , kPa(Tw2 tw2)仃 w1 tw1 )ln Tw2 tw2)/(Tw1 tw1 )空气的定性温度：t=(t 1+t2)/2 C 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

4、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 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、出口温度由铂电阻（PtIOO）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

5、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 10-50Hz,孔板压降最小值大于O.lkPa ;7、测完数据关风机，2分钟后，检查

6、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、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 ),100C基点=99.9 C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/m3*h-1热流量Q/W给热系 数/W*m-2K-150.75757.376558.628139.284131.262.710099.34.27530342.24947.758450.172117.139233.764.499.899.43.04481141.94847.4

7、18464.434121.045333.16599.899.533465431.765.399.999.61.2626.25829.682306.75179.169156919.98522.591248.57153065.799.899.70.7623563.604215.59317.626200.656629.16610099.70.4837551.068212.52714.160166.958728.366.599.899.80.3216042.544910.48111.847143.390827.766.999.899.80.2307236.5596100.116.54092767.11

8、99.80.158.32079.4057729.537210.48111.847146.6871026.566.599.899.80.2307036.858810.686134.6441126.166.810099.80.199.45363433.7912NuPrReNu/PrA0.4log(Nu/PA0.4)logRe99.530.69757793115.002.064.7683.250.6964753096.211.984.6886.00.694719199.412.004.672656.30.692963465.111.814.474745.30.692263852.401.724.35

9、4736.40.691769442.101.624.254730.30.691422635.091.554.157726.10.691191030.161.484.080721.10.69946824.381.393.980726.30.691196430.471.484.087724.10.691079527.941.454.032空气强化对流给热系数表（加入混合器），100C基点=99.9 C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/m3*h-1热流量Q/W给热系数/W*m2K1132.281.8100.199.80.

10、16.687.56112.1637.94231.881.6100.199.90.127.388.34124.3941.68331.581.410099.80.168.629.74145.7048.64431.480.6100.199.80.2310.4811.85175.0157.32531.279.499.899.80.414.1315.97231.7074.26631.577.199.899.70.617.5919.88273.7484.3573277.199.899.70.8921.7624.60334.7103.59183376.299.999.61.2726.3729.81388.4

11、1119.32934.476.199.999.51.7631.4535.55446.22138.73NuPrReNu/PrA0.4log(Nu/PA0.4)26.410.6949718330.551.4929.040.6950794033.591.5333.910.6950928839.221.5940.000.69511132846.271.6751.920.69521533660.051.7859.130.69541920068.371.8372.560.69542372283.911.9283.580.69542873596.651.9997.010.695334143112.192.0

12、5六、实验结果作图及分析数据处理：已知公式： 0.70632 10 4t kg/m3以表1中第一组数据为例:501.09 C人+ _(tw ti) (tw t2)k_ (99.65 31.2)(99.65 61.7)ln (tw t1)ln (99.65 31.7)(tw t2)(99.65 61.7)4.4Pr 0.7063 2 10 t 0.7063-210 *46.950.697由公式為 IgA mlgRe可知，分别对Nu/Pr04和Re取对数，并作图所作出的直线的Pr斜率即为m截距即为IgA.普通y=0.73x-1.680实验数据 线性（实验数据）由图可知:m=0.73,lgA=-1.

13、89,进而得出 A=0.013。因此得出关联结果为：Nu 0.013Re.73 Pr4，继而得出传热膜系数dU 0 76 C P0 40.013()( 一)d强化后由图可知：m=0.81,lgA=-1.62, 进而得出 A=0.024 。因此得出关联结果为：Nu0.024 Re0.81 Pr0.4继而传热膜系数。驱（）0.73（竺）04d实验结果分析：传热膜系数公认的关联式为0.023（耳）0.8（比）0.4，而实验得出的关d系式为 0.013 （型）0.73（也）0.4。可以看出系数A=0.013有差距，指数a=0.73也与公d认式中a=0.8有一定的误差因素，比如说：管壁不够光滑；管件材料

14、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（0.7Pr160），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 ARemPrn，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100C，管道尺寸是 27X 3.5mm结合实验数据，(1) 计算套管换热器总传热系数K，(2) 计算空气一侧的热阻1/ a i占总热阻1/ K i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=0.12