化工原理_传热膜系数测定实验报告

北京化工大学

化工原理实验报告

实验名称：传热膜系数测定实验

班级：化工1305班

姓名：XXX

学号：XXX 序号：11

同组人：XXXX

设备型号：XGB型旋涡气泵及ASCOM5320型压力传感器第4套

实验日期：2015-12-17

一、实验摘要

首先，本实验让空气走内管，蒸汽走环隙，采用由XGB 型漩涡气泵风机、ASCOM5320型压力传感器、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，由人工智能仪来读取所有温度和压差等参数，用计算机软件实现数据的在线采集与控制。

其次，由所得数据分别求得了正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α，再通过作图，使用图解法确定了传热膜系数准数关系式Re Pr m n Nu A =（n=0.4）中的系数A 和指数m 后，在双对数坐标纸中作出了0.4/Pr Re Nu 的关系曲线。

最后，整理出了流体在圆管内做强制湍流流动的传热膜系数准数半经验关联式，并与公认的关联式进行了比较。

关键词：传热膜系数K 、雷诺数Re 、努赛尔准数Nu 、普朗特数Pr 、图解法

二、实验目的

1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法： （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’

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 、n 的方法；

3、通过实验提高对准数关系式的理解，将实验所得结果与公认的关联式进行比较，分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

三、实验原理

间壁式传热过程可分为三个过程：第一、由热流体对固体壁面的对流传热，第二、固体壁面的热传导，第三、固体壁面对冷流体的对流传热。当流体无相变时的对流传热准数关系式可由量纲分析法写为：

Re Pr m n p Nu A Gr =

对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，进行简化后：

Re Pr m n Nu A =

在本文中，采用Excel 软件对上述准数关系式中的指数m 、n 和系数A 进行计算机求解。采用双对数坐标作图，利用幂函数函数形式对数据进行拟合，即可

很好的求解出自变量lg Re 对0.4lg Pr

Nu

的线性关系，直接得到其幂函数关系的解析

式。

该方法中，要求对不同变量的Re 和Pr 分别回归。本实验测取流体被加热过程中的各参数，因而上述式子中的0.4n =，这样式(2)便成为单变量方程，两边

同时去对数得：

0.4

lg

lg lg Re Pr

Nu

A m =+ 首先定义三个无量纲数群：Nu 、Re 、Pr 的数据组。其特征数定义式分别为

Re ,Pr ,du Cp d

Nu ρ

μ

αμ

λ

λ

=

=

=

实验中通过改变空气的流量，以改变Re 值，根据定性温度（空气进出口温度的算术平均值）计算相应的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。

在圆管中，有传热基本方程：

m t A K t T t T t T t T A K Q ∆⋅⋅=-----⋅=111

22112211

1ln

)

()(

在圆管中，有传热牛顿冷却定律：

2

211221122211221121

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

在圆管中，有筒壁传导热流量：)]

/()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

式中α——传热膜系数，()2·

W m ℃ Q ——传热量，W

A ——传热面积，A dl π=，2m

由由热量衡算方程：

)()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-=，传热量可由下式求得

()()2121/3600/3600p S p Q Wc t t V c t t ρ=-=- 式中W ——质量流量，kg h

p c ——流体的比定压热容，)·J kg ℃ 12,t t ——流体进出口温度，℃

ρ——定性温度下流体密度，3/m h

S V ——流体体积流量，3/m h

四、实验流程和设备

图1 传热实验带控制点的工艺流程

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-补水漏斗，12-补水阀，13-排水阀

1、设备说明

本实验空气走内管，蒸汽走管隙（玻璃管）。

内管为黄铜管，其内径为0.020m，有效长度为1.25m。

空气进、出口温度和管壁温度分别由铂电阻（Pt100）和热电偶测得。

测量空气进、出口的铂电阻应置于进、出管得中心。

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两端。

孔板流量计的压差由压差传感器测得。

本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XGB型漩涡气泵，最大压力17.50kPa，最大流量100m3/h。

2 、采集系统说明

(1) 压力传感器：本实验装置采用ASCOM5320型压力传感器，其测量范围为0～20kPa。

(2) 显示仪表：在实验中所有温度和压差等参数均可由人工智能仪表读取，并实验数据的在线采集与控制，测量点分别为：孔板压降、进出口温度和两个壁温。

3、流程说明