传热试验报告

1、传热膜系数测定实验实验日期：2010/12/9班级：姓名：学号：同组人:实验装置:一. 报告摘要本实验以套管式换热器为研究对象， 并用常压下100 C的水蒸汽冷凝空气来 测定传热膜系数，通过实验掌握传热膜系数及传热系数的测定方法， 并确定传热 膜系数准数关系式中的系数及分析影响传热膜系数的因素。关键词：传热膜系数a,传热系数K,努赛尔数Nu,雷诺数Re,普朗特准数 Pr二. 目的及任务1. 掌握传热膜系数a及传热系数K的测定方法；2. 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的方法；3. 通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响a的因素。三. 基本原理对流传热的核心问题是求算传

2、热系数 a,当流体无相变时对流传热准数关系式的 般形式为m n pNu = ARe Pr Gr对丁强制湍流而言，Gr数可忽略，即Nu = ARem Prn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。在两边取对数，得到直线方程为,Nulg 04 = lg A m lg Re Pr .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 数值代入方程中，则可得到系数 A,即A= Pr04 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

3、小二乘法回归，可 以得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能 同时得到A,m,n。对丁方程的关联，首先要有 Nu,Re,Pr的数据组。其特征数定义式分别为duCpdRe = , Pr =, Nu =N KX实验中改变空气的流量，以改变 Re值。根据定性温度计算对应的 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的值。牛顿冷却定律为Q = ： A tm式中a-热膜系数，W/(m2C)；Q传热量，W；A总传热面积，m2; m管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，C。传热量可由下式求得Q =Wfcp（t2 -ti）/3600=建VsCp（t2

4、 -ti）/3600式中，W质量流量，kg/h ；Cp流体的比定压热容，J/ （kg °C）；tl,t2一流体进，出口温度，C；P 性温度下流体密度，kg/m3;Vs一流体体积流量，m3/h。空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量Vs与孔板流量计压降 Ap的关系为Vs = 26.2 p0.54式中， pL板流量计压降，kPa；Vs空气流量，m3/h。四. 装置和流程图1.套管式换热实验装置和流程1-风机，2-孔板流量计，3-空气流量调节阀，4-空气入口测温点，5-空气出口测温点，6-水蒸气入口壁温，7-水蒸气出口壁温，8-不凝性气体放空阀，9-冷凝水回流管，10-蒸汽发生器，11-补

5、水漏斗，12-补水阀，13-排水阀五. 操作要点1. 实验开始前，先弄活配电箱上各按钮与设备的对应关系，以免误触他人按钮。2. 检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/223。3. 打开总电源开关（红色按钮熄灭，绿色按钮亮，以下同）。4. 实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，启动风机，再接通蒸汽发生器的加热电 源，打开放气阀（已打开）。5. 将空气流量控制在某一值（从大流量开始）。待仪表数值稳定（不少丁 3分钟） 后，记录数据，改变空气流量，由大流量到小流量，重复实验，测定并记录810 组数据。6. 加强传热，先抬高测温计，在管路中加入麻花铁（固定好，避免出来） ，测温 计放回中间位置，

6、重复第5步，记录68组数据。7. 实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，活理现场。注意事项：1. 实验前，务必使蒸汽发生器液位合适，液位过高，则水会溢入蒸汽套管；过低, 则可能烧毁加热器。2. 调节空气流量时，要做到心中有数，为保证湍流状态，孔板压差读书从大流量 时开始，最低不小丁 0.2kpa。实验中要合理取点，以保证数据点均匀。3. 切记每改变一个流量后，应等到读数稳定后（约 3分钟）再测取数据。4. 结束时先停加热电源，再停风机。六. 数据处理：1.光滑管光滑管数据Cp=1005J/(kg - K)序号频 率/Hz空气入口tJ C空气 出口t 2/ C进出口平均温度/ C壁温tw/

7、c壁温Tw/C平均壁 温c孔板压降 p/kPatn/ C密度Pkg/m3粘度1 /1 Pa s14733.3063.3048.30100.0099.8099.903.7550.111.09919.5224436.1065.4050.75100.0099.8099.903.2947.661.09119.6434136.9066.40F 51.65 1100.00100.00100.002.8746.811.08819.6843836.9066.7051.80100.10100.00100.052.4946.681.08719.6953536.1066.8051.45100.20100.00100

8、.102.1246.991.08819.6763034.1066.50F 50.30 1100.20100.20100.201.5748.091.09219.6272532.9066.8049.85100.20100.30100.251.1248.441.09419.5982132.0067.2049.60100.20100.50100.350.8048.651.09419.5891731.3067.7049.50100.20100.30100.250.5448.491.09519.58101330.6068.4049.50100.30100.30100.300.3448.36 1.09519

9、.58体积3m/h流速um/s传热量Q热导率入W/m K雷诺数Re传热膜系数aw/m cNuPrC 0.4Pr_0.4Nu/Pr进口空气密度53.49147.30516.430.028153267.85131.2193.4330.69660.8654107.9691.15349.84144.07465.740.028348945.65124.4388.0330.69620.8651101.7571.14246.29740.94434.460.028345238.28118.1783.4090.69600.865096.4221.13942.87937.91406.470.028341863.3

10、9110.8878.2330.69590.865090.4401.13939.31234.76384.910.028338455.23104.2973.6530.69600.865185.1421.14233.42629.56347.640.028232908.1292.0365.1900.69620.865275.3491.15027.85324.63304.260.028227491.3179.9856.7180.69630.865265.5531.15423.22620.54264.200.028222956.7869.1549.0720.69640.865256.7151.15818.

11、78416.61221.460.028218577.3958.1441.2720.69640.865347.7001.16014.63212.94179.540.028214470.7447.2733.5510.69640.865338.7761.163以第一组数据为例,体积流量：Vs =26.2 p0.54 =26.2 3.750.54 = 53.491m3/h流速：qv =1 二d2u44qv u4 53.491-_ 23.14 0.023600= 47.30m/s定性温度下：密度：由经验公式可得、50 - 48.30"=1 .12850 - 4040 - 48.30 1.093

12、 = 1.00950 - 40m 3 / kg50 -48.3040 -48.30枯度：= 19.1 19.6 = 19.52Pa s50 4050 - 40热导率： =(2.4513 0.0074 48.30) 10，=0.0281W/m k空气进口温度下密度：二4°一33.30 1.165 -30-33.30 1.128 = 1.153m340 -3040-30/kgQ =Wbp(t2 -撬/3600 = Wscp(t2 )/3600= 1.009 53.491 1005 (63.30 -33.30)/3600 =516.43W 11 平均壁温：Tw=5(T，Tw2)-(100.

13、00 ".80)=99.9C管壁温度与管内流体温度的对数平均温差:"tmt263.30 - 33.30传热膜系数:lnTwTw -t2= 50.11C:99.90 -33.30 ln99.90 - 63.30Q = : Atm516 .43A”m=131 .21W /m2 C3.14 0.02 1 .25 50.11雷诺数：Re0.02 47.30 L009 =53267.8519.52 10 ”普朗特准数:PrCp1005 19.52 10”= 0.69660.0281努塞尔准数:Nu="131.21 °.02 = 93.4330.028104 Nu

14、Nu/Pr0.4Pr93.433 =107.9690.40.69662. 加强传热管强化传热Cp=1005J/(kgK)序号频率/Hz空气 入口 t1/ C空气出口t2/ C进出口 平均温 度壁温tw/C壁温Tw/C平均壁 温c孔板压降 p/kPa WC密度p kg/m3粘度Mi Pa 15045.50 78.9062.20100.00100.30100.151.9535.361.05320.21024646.70 79.4063.05100.20100.30100.251.6534.671.05120.25334246.20 79.6062.90100.20100.40100.301.413

15、4.771.05120.24543845.00 79.2062.10100.30100.30100.301.6135.501.05320.20553443.20 78.7060.95100.30100.50100.400.9436.631.05720.14863041.20 78.0059.60100.30100.40100.350.7537.811.06120.08072639.20 77.7058.45100.40100.50100.450.5738.871.06520.02382237.50 77.4057.45100.40100.50100.450.4239.711.06819.973

16、体积m/h流速um/s传热量W热导率入W/m K传热膜系数aw/m c雷诺数ReNuPr0.4PrNu/Pr0.4进口空气密度37.57733.23388.480.0291139.8934628.51796.0890.69390.8640111.2151.10934.33530.36346.210.0292127.1631496.06287.1560.69370.8639100.8861.10531.54127.89325.360.0292119.1628956.51681.7040.69370.863994.5741.10633.88329.96359.250.0291128.8631241

17、.82988.5410.69390.8640102.4781.11125.33922.40280.450.029097.4923509.55367.1820.69410.864177.7471.11722.43019.83258.960.028987.2020964.98960.2980.69440.864269.7691.12419.34117.10235.060.028876.9918194.05653.3950.69460.864461.7741.13116.40014.50207.660.028866.5815514.61846.2910.69480.864553.5491.137数据

18、处理过程与光滑管相同七. 结果讨论1. 在双对数坐标上作图，用 Excel回归分析可得到：(1) 对光滑管测量数据:m=0.79, lgA= - 1.679，可得A=0.021。所以流体在圆管内作强制湍流流动的传热膜系数是半经验关联式：Nu = 0.021 Re0.79 Pr0.4。(2) 对加强管测量数据:m=0.91, lgA= - 2.107,可得A=0.008所以在增加流体阻力之后，流体在圆管内作强制湍流的传热膜系数的半经验关联式：Nu =0.008 Re0.91 Pr0.4。2. 圆形直管内强制湍流的公认关联式为Nu=0.023Re°.8Pr°.4 ,光滑管实验所得半经验公式的A偏小，m也偏小，可能原因为出口温度不