传热膜系数试验报告材料

1、实用文档化工原理实验报告实验三传热膜系数测定实验实验日期：2021年12月30日班级：学生姓名：学号：同组人：报告摘要本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系 的传热系统,即水蒸汽一空气传热系统、分别对普通管换热器和强化管换热器进 行了强制对流传热实验研究.确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联 式.此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数.采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置,让空气走内管,蒸汽走环隙,用计算机在线采集与限制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温, 计算了传热膜系数a ,并通过作图确定了传热膜系数准数关系式

2、中的系数A和指数m n取0.4,得到了半经验关联式.实验还通过在内管中参加混合器的办 法强化了传热,并重新测定了 外A和m.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.了解工程上强化传热的举措.三、根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 = 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 n和系数Ao用图解法对多变量方程进行关联时, 要对不同变量Re和P

3、r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,在两标准文案实用文档边取对数,得到直线方程为,Nu ,八lg 04 = lg A mlg RePr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,那么可得系数 A,即A NuPr0.4 Rem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, 可得到最正确关联结果.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 n0对于方程的关联,首先要有 Nu> Ra Pr的数据组.其特征数定义式分别为口°_处 CpKl ： dRe -

4、 Pr = Nu =B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=a AA t m式中a传热膜系数,Q穿热量,W2 -W/(m. C);A-一总传热面积,2m； tm 管壁温度与管内流体温度的对数平均温差,C.穿热量可由下式求得Q =Wcp(t2 -3)/3600 = %sCp(t2 -3)/3600式中W 质量流量,kg/h ;Cp流体的比定压热容,J/(kg. C)；t1,t 2流体进、出口温度,C；P定性温度下流体密度,kg/m3；VS流体体

5、积流量,m3/h ;空气的体积流量由孔板流量计测得, 其流量VS与孔板流量计压差 p的关系标准文案实用文档VS=26.2 p0.54式中 p孔板流量计压降,kPa；Vs空气流量,吊/h.四.实验流程示意图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(25X2)mm有效长度为1.25m.空气进出口温度和壁温分别由铝电阻和热电偶测得.测量空 气进出口温度的铝电阻应置于进出管的中央. 测量管壁温度用一支铝电阻和一支 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XGE©

6、;漩涡气泵,最大鸭梨17.50kPa,最大流量100 m3/h.2 .采集系统说明(1)压力传感器本实验装置采用ASCOM5320鸭梨传感器,其测量范围为020kPa.(2)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.3 .流程说明流程图如下：8标准文案实用文档1、风机2、孔板流量计 3 、空气流量调节阀补水口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、套管换热器8 、放气阀9、冷凝液回流管10、蒸汽发生器11 、补水漏斗 12、补水阀 13、排水阀五、实验操作要点1 .实验开始前,先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系

7、,以便正确开启按钮.2 .检查蒸汽发生器中的水位,使其保持在水罐高度的 1/2 -2/3 o3 .翻开总电源开关.4 .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,翻开放气阀.5 .将空气流量限制在某一值.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.6 .实验结束后,先停蒸汽发生器电源,再停风机,清理现场.六、实验数据处理1 .原始数据记录如下标准文案实用文档传热膜系数测定原始数据表直管彳热d=0.02m,l=1.25m听fT进口 /CT出口/ C壁温t1/ C壁温t2/ C p孔/kpa p管 /kpa5035.664.1101.11

8、00.14.254636.465101100.13.634235.765.1101100.2p.043834.364.8101100.22.5134:32.964.4101.3100.32.033029.764.3101.1100.41.571.912527.964.2101.1100.41.091.342026.864.6101100.410.710.86 1525.865.2100.9100.40.40.54传热膜系数测定原始数据表加混合器听fT进口 /CT出口/ C壁温t1/ C壁温t2/ C p孔/kpa p管 /kpa5037.479.2101100.11.6645；38.980.4

9、101.1100.11.354038.780.9101.1100.21.083537.581.2101.1100.30.833035.981.5101.1100.310.622534.181.8101100.30.4320132.482.3101.1100.4p.261.8211530.583101.1100.50.151.042 .数据处理传热膜系数测定计算数据表物性计算Cp=1005J/Kg.K d=0.02m,l=1.25m热导率定性温度密度黏度入(W/m.K)A tm/ Cp (kg/m3)(Pa.s)qv (m3/h)0.028202149.851.14691.9593E-0557.

10、230997250.028264850.701.14411.9635E-0552.559456880.028242650.401.146550.0000196247.758758260.028179749.551.151451.9578E-0543.065064390.028113148.651.156351.9533E-0538.401585160.02799147.001.167550.0000194533.426207410.027920746.051.173851.9403E-0527.448056580.027894845.701.17771.9385E-0521.776134970

11、.0278845.501.18121.9375E-0515.97400024标准文案实用文档流速u (m/s)对数平均 推动力A Tm传热膜系 数aNuRePr0.4Nu/Pr50.62897849.287322134.977295.7220605959274.084870.698196309110.5149546.49633548.359603126.4713289.4903372354185.339110.698153711103.3226942.24943248.64762117.6862383.3395178449379.293160.69816872496.22032738.0971

12、9149.408586108.8582977.2600763244813.699660.6982113989.19907733.97167850.41608698.66742470.1932021240223.371520.69825677481.03805129.57024751.75915192.77809566.2913757535501.020210.69834053876.52972124.2817252.54664579.15525456.7000495329380.850220.69838909865.45524619.26409752.68817765.4316746.9131

13、66723407.094910.69840705154.15658914.13128152.65418850.21047536.0189919817230.316720.69841732441.580102传热膜系数测定计算数据表准数计算传热系数相关计算以第一组数据为例空气定性温度:1112 35. 664. 1t=2249.85流量计算：qv=26.2. ：P°.54 = 26.2 4. 250.54 = 57. 23099725 4/h 3空气密度计算：p =1.2715 - 0.0035： = 1.2715 - 0. 0035 式 35. 6 =l.l469kg/m空气粘度计算

14、:k(1.71 + 0. 003 ) m 101 =(1. 71 + 0. 005 x 49. 85) x 10, = 1. 9593 父 10,Pa.s空气导热系数计算：入=(2. 45130.0074 ) 10 2=(2.45130. 0074 49. 85)10/=0. 0282021W/m.K对数平均温差计算传热系数：二(51-35.6)-.01.1-64.1) =49 85 c-101. 1 - 35. 6、ln()101. 1 - 64. 1:CPCVPpCV1.14691005 57.23Gt -1 一 Atm 一 二dl .：tm 3.140. 021.2549.8536001

15、34.98W,m2,C457.233. 140. 022=50. 63m/s标准文案实用文档努塞尔数Nu = id134.980. 020.0282021=95.72普朗特数Pr10051. 9593100. 0282021二 0. 6982雷诺数RedPu下-0.0201.146950.631.9593W_3=59274. 08Nu 95. 72_ 0. 4= _CCCC0.4Pr 0. 6982=110. 51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=1.25md=0.02m,l=1.25m热导率度密度黏度入(W/m.K) tm/ Cp (kg/m3)(P

16、a.s)qv (m3/h)0.02882758.31.14060.00002001534.447654680.02892759.651.135352.00825E-0530.809278380.02893859.81.136050.0000202127.311787160.02890559.351.140252.00675E-0523.692094770.02885758.71.145850.00002003520.239174910.02880157.951.152151.99975E-0516.610176880.02875757.351.15811.99675E-0512.6586356

17、30.02871356.751.164751.99375E-059.405688059流速u (m/s)推动力Tm数aNuRePrNu/Pr0.430.47386338.369458152.22205105.610010734732.438750.697781089121.9627.255236.964996139.6569796.5578812930817.07120.697716415111.510624.16117136.728984126.7783287.6200484327325.333770.697709256101.1890920.95903636.993158113.48997

18、78.5264557823818.155010.69773074890.68612617.90443637.310955100.7959269.8593895520479.958520.69776187980.67554214.6940737.65282286.21801959.8709215616931.88940.69779792969.13915611.19836837.93566268.57719847.6944305312989.939090.69782686955.0767868.320672438.06917553.72829137.425017729721.8840430.69

19、785589943.217109强化后传热膜系数测定计算数据表准数计算标准文案实用文档七.实验结果的分析与误差讨论Nu/PrA04Re 关系图直管传热O00OX)0 8 0O10C1IReltz0.0243x°a7=O.O2OBX078180000雷诺数Re经函数拟合后得到的关系式：强化传热前：Nu=0.0208Rp781PrO.4加混合管后：Nu=0.0243R0.8157 Pr0.4公认关联式为：Nu=0.023R28Pr0.4 ,比拟容易得出传热强化前后得到的 m A值与标准值都有一定的偏差,其中以强化后实验得到的A值误差最大.(1)从图中可以看出,不管传热是否被强化,Nu/Pr0.4Re关系曲线的线性都非常好,说明当流体无相变时,用量纲分析法推导出的对流传热准数关系式 A (在强制对流即忽略Gr影响时)的准确性