对流传热系数

广州大学学生实验报告

开课学院及实验室： 年 月 日

学院

化学化工

年级 专业

化学112

姓名

韦高威

学号 1105100053

实验课程名称 化工基础实验 成绩 实验项目名称

对流传热系数测定实验

指导老师

一、 实验目的 二、 实验原理 三、 使用仪器与材料 四、 实验步骤

五、 实验数据记录与处理 六、 实验结果及分析

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α1

2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’

3、回归α1和α1’联式4

.0Pr

Re ⋅⋅=a

A Nu 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：ρ，μ ，λ，cp 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，cp ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析

ρ[ML-3]，μ[ML-1 T-1]，λ[ML T -3 Q-1]，cp [L2 T-2 Q-1]，l[L] ，u[LT-1]， βgΔT [L T -2]， α[MT-3 Q-1]]

3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量

α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ cp: Pr ＝cp μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=223,,μρβλμμρλαtl g c lu F l

p 6）实验

Nu ＝ARea Prb Grc

强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： m t A K t T t T t T t T A K Q ∆⋅⋅=-----⋅=111

22112211

1ln

)

()(

热量衡算方程：

)()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-=

圆管传热牛顿冷却定律：

2

2112211

22211221121

1ln )

()(ln )()(w w w w w w w w T T T T T T T T A t t t t t t t t A Q -----⋅=-----⋅=αα 圆筒壁传导热流量：)]/()ln[)()()/ln(11221122121

2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----⋅-⋅=δλ

空气流量由孔板流量测量：54

.02.26P q v ∆⨯= [m 3h -1，kPa]

空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃] 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φ27×3.5mm 黄铜管,长1.25m,走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走100℃的热蒸汽。进、出口温度由铂电阻（Pt100）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3～4Hz 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，

K=m=0.69477, logA=-1.08467,所以A=0.0823,得4.069477.0Pr Re 0823.0 Nu

压差P

入口温度T1

出口温度T2

壁面Tw

Tm V20 Vs,l Vs,m

u

3.85 36.8 67.5 99.3 52.15 0.01469

4 0.01511 0.016486 52.5040

1

3.35 35.2 68.3 99.3 51.75 0.01370

7 0.01405

8 0.01532

48.7894

1

2.97 37.5 67.9 99.3 52.7 0.01290

6 0.01328

6 0.014521 46.2449

6

2.58 36.1 67.2 99.4 51.65 0.01202

9 0.01235

5 0.01346

42.8659

5

2.05 35.3 67.1 99.4 51.2 0.01072

2 0.01099

9 0.011966 38.1078

4 1.62 34.6 67.2 99.4 50.9 0.00953

2 0.00976

6 0.010615 33.8064

3 1.22 33.8 67.7 99.3 50.75 0.00827

2 0.00846

4 0.009196 29.2856

6 0.83 33

68.3

99.3

50.65 0.00682

3

0.00697

2

0.007573 24.1164

3

Q

ai Nu Re Pr Nu/Pr0.4

592.5875 200.129

5 149.3504 65771.1

6 0.701 172.154

8 593.7111 198.822

3 148.3748 61117.9

1 0.701 171.030

3 516.8442 176.609

5

131.7981 57930.5

2

0.701 151.922

5 490.111

163.441

2

121.971

53697.6

7

0.701

140.594

9

445.5158 147.182

6 109.8378 47737.2

4 0.701 126.609 405.171133.02699.273242348.9

0.701 114.431

2 2 7 1 4

364.9861 119.7092 89.3352

2

36685.8

0.701

102.975

9 312.9748 102.4394 76.44729 30210.3

7

0.701

88.1200

8