传热膜系数实验报告

(2.4513 0.0074t) 102 (2.4513 0.0074 49.85) 102 0.0282019
W/
对数平均温差计算:
△tm=(TW 1
tW 1) (TW 2 tW 2) ln(TW 1 tW 1 )
(101.1
35.6) (101.1 ln(101.1 35.6)
（3）实验中加入混合器后，空气的出口温度明显变高，但孔板压降则迅速 降低，说明实验中，传热效果的提高是以增大流动阻力为代价的。
在实验过程中，由传热系统使用长久而造成的系统误差，孔板压降示数极难 稳定，读取数据时的跳跃值取其均值导致人为误差，进行数据拟合时，拟合函数 的选用等均会带来误差。
八．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：接近蒸汽温度。因为蒸汽冷凝给热系数远远大于空气给热系数。 2.管内空气流速对传热膜系数有何影响当空气流速增大时，空气离开热交 换器时的温度将升高还是降低为什么 答：由经验关联式可以看出，流速增大，雷诺数增大，空气传热系数增大，
57. 52. 47.
38. 33. 27. 21. 15.
传热膜系数测定计算数据表（准数计算）
对数平均 传热膜系
流速
推动力
数
Nu
u（m/s） ΔTm
α
95.
89.
83.
77.
70.
66.
56.
Re
Pr
Nu/
0.
传热系数相关计算（以第一组数据为例）：
空气定性温度：t= t1
2
பைடு நூலகம்
t2 = 35.6
2
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
式为
Vs=△ 式中△p——孔板流量计压降，kPa； Vs——空气流量，m3/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 Ф(25×2)mm，
有效长度为。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。
化工原理实验报告
实验三 传热膜系数测定实验
实验日期：2015 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—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控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α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数 A 和指 数 m（n 取），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化 了传热，并重新测定了 α、A 和 m。
△tm ——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，℃。 穿热量可由下式求得
Q Wc p (t2 t1 ) / 3600 Vsc p (t2 t1 ) / 3600
式中 W——质量流量，kg/h； cp——流体的比定压热容，J/(kg.℃)； t1,t2——流体进、出口温度，℃； ρ——定性温度下流体密度，kg/m3； Vs——流体体积流量，m3/h；
95.72 0.69820.4
110.51
强化后相关数据处理
热导率 λ（W/
强化后传热膜系数测定计算数据表（物性计算）
定性温 度
Δtm/℃
密度 ρ（kg/m3）
黏度 μ（）
d=,l=
流量
qv（m3/h） 34. 30. 27. 23. 20. 16. 12.
强化后传热膜系数测定计算数据表（准数计算）
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。 风机采用 XGB 型漩涡气泵，最大鸭梨，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 型鸭梨传感器，其测量范围为 0—20kPa。 （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
1 k
1 1
1 ，K 增大，由 Q=qmCP(t2-t1)/3600=ρVS 2
CP(t2-t1)/3600，
Q=KAΔtm，当 Vs 增大且维持 Q 恒定时，温差随着减小，即出口温度降低。
3.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对的关联有无影响
答：由实验经验关联式中可看出，Nu=A·，细化各个准数，各个因素受温度
传热膜系数测定原始数据表（加混合器）
T 进口 T 出口 壁温
壁温 △p 孔
/℃
/℃
t1/℃ t2/℃
/kpa
101
101 83
△p 管 /kpa
2．数据处理
传热膜系数测定计算数据表（物性计算） Cp=1005J/ d=,l=
热导率 λ（W/
定性温度 Δtm/℃
密度 ρ（kg/m3）
黏度 μ（）
流量 qv（m3/h）
流程图如下：
8
6 5
11 1
12
10
7
4
3 9
2
13
1
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，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。 3.打开总电源开关。 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，打开放气阀。 5.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。 6.实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。
64.1)
49.85 ℃
TW 2 tW 2
101.1 64.1
传热系数:
1
C PqV Atm
C PqV dltm
1.1469 1005 57.23 3.14 0.02 1.25 49.85 3600
134.98W
m-2
C -1
流速 u
4qV d 2
4 57.23 3.14 0.022
du
，
Pr
Cp
，
Nu
d
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=αA△tm 式中 α——传热膜系数，W/(m2.℃)；
Q——穿热量，W；
A——总传热面积，m2；
影响很大，而受压力影响小，且其决定于空气的性质，所以可认为无影响。
二、 目的及任务
1.掌握传热膜系数 α 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措施。
三、基本原理
对流传热的核心问题是求算传热膜系数 α，当流体无相变时对流传热准数 关系式的一般形式为： Nu ARem Prn Gr p
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 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=(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 Nu lg A m lg Re Pr 0.4 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
64.1
49.85
= 流量计算: qv 26.2P 0.54 26.2 4.250.54 57.23099725m3/h
空气密度计算：ρ=1.2715 0.0035t 1.2715 0.0035 35.6 m3
空气粘度计算：
µ=(1.71 0.005t) 105 (1.71 0.005 49.85) 105 1.9593 105 空气导热系数计算：λ=
对数平均 传热膜系
流速
推动力
数
Nu
Re
u（m/s） ΔTm
α
d=, l=
Pr
Nu/
96. 87. 78. 69. 59. 47. 37.
七．实验结果的分析与误差讨论
经函数拟合后得到的关系式：
强化传热前：Nu=加混合管后：Nu=公认关联式为：Nu=，比较容易得出传热
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/～Re 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）的准确性是很好的。
（2）从处理后的数据和上述关系图中都可以得到在相同的雷诺数下，加混 合器后的 Nu/Pr^值比未加混合器时的大，因为 Pr 和热导率λ在实验条件下变化 很小，由知，加混合器强化传热后，传热膜系数α变大。说明增大加热流体的湍 动程度可以强化传热。
50.63 m/s
努塞尔数 Nu
d
134.98 0.02 0.0282019
95.72
普朗特数 Pr cp 1005 1.9593 105 0.6982
0.0282019
雷诺数 Re du
0.020 1.1469 50.63 1.9593 10 5
59274.08
Nu Pr0.4
六、实验数据处理 1. 原始数据记录如下
频率 f
50 46 42 38 34 30 25 20 15
T 进口 /℃
传热膜系数测定原始数据表(直管传热)
d=,l=
T 出口 壁温
壁温 △p 孔 △p 管
/℃
t1/℃ t2/℃ /kpa
/kpa
65
101
101
101
101
频率 f
50 45 40 35 30 25 20 15
点函数值带入方程中，则可得系数 A，即 Nu
A Pr0.4 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