在一个板式换热器中的实验和数值的传热

在一个板式换热器中的实验和数值的传热
在一个板式换热器中的实验和数值的传热

论文出处:Flavio C.C.Galeazzo,Raquel Y Miura,Jorge A.W.Gut,Carmen C.Tadini.Ex perimental and numerical heat transfer in a plate heat exchanger[J].Chemical Engineering Science 2006(61):7133–7138.

在一个板式换热器中的实验和数值的传热摘要

在本研究中应用计算流体动力学(CFD)使一个四通道平板板式换热器的虚拟模型被建立起来。并联和串联流程布置经过了测试,而关于从三维计算流体动力学模型和一维活塞流模型获得的热载荷,实验结果也与数值预测进行了比较。CFD模型描绘了换热器的通道,板和通道,并考虑到了通道之间的流量分配不均和通道内部流动分布不均的情况。计算流体动力学结果与实验数据有很好的吻合,特别是对于串联流程布置。

关键词:板式换热器;传热;数学建模;流体力学;计算;食品加工

1.导论

板式换热器能够广泛用于化工行业中的加热、冷却和热再生应用,以及食品、医药等行业,得益于其高热效率,方便装拆和易于清洗等特点。板式换热器包括一组金属板,把它们压在一起成为一个框架。一连串细小的渠道在金属板之间成型而且冷热流的流量分布是由板的穿孔和垫片设计所界定。因此,大量的配置才有可能。

板式换热器的热力液压模型通常假定通道内部为一维活塞流以及在等流换热器所有通道遍布相同的流动分布。然而,这些假设在实际操作中都是不能够成立的。

根据B.P Rao和F.A Tereda等学者的论文的介绍,在通道之中流动分布不均匀的板式换热器模型需要适当的装备评估和设计。对于通道之间的流动分布建模,M.K Bassiouny,B.P Rao等人分析了板式换热器通道中的压力分布,然后确定了每个通道的流动比率。为了分析通道间流动分布不均匀的影响,他们比较了U型和Z型平行传递布置。

在板式换热器通道中要有准确的模型和热传递,需要使用计算流体动力学(CFD)方法。CFD是一个模拟工具,它利用了计算算法来模拟质量,热量,动量传递。近年来,在食品工业中CFD的应用逐渐的增多,包括板式换热器的应用,比如在牛奶的巴氏消毒中起了重要作用。

T Kho和H Müller-Steinhagen审查了平板板式换热器通道内部的流动分布,为了获得更均匀的流场分布因而减少污垢系数,不同分布器用试验和数值模拟方法进行了试验。运用计算流体力学软件ANSYS来实现计算流体动力学(CFD)数值仿真。其中通道进行了几何建模,被划分成45000个网格单元,还使用了K-湍流模型。板壁温度被指定作为边界条件和在稳态条件下流动和热量传递过程模拟了非压缩流。CFD预测与流场显示和污垢系数的实验结果很好的符合,但是不符合的现象还是存在于再流通处区域的位置。

为了调查流动分布,K Grijspeerdt等人(2003)进行了两块波纹板之间的二维和三维计算流体动力学(CFD)模拟。整个网格划分共包含了551265个节点,板壁温度被指定,他们使用了Baldwin–Lomax代数湍流应力模型和软件FINE-Turbo。对于牛奶加工工业中的污染,作者指出CFD是板式换热器优化设计的宝贵工具,模型需要模拟动态蛋白质变性和粘合。此外,测试的几何模型不同于板式换热器通道的地方是板具有相反方向的波纹,它提供了板之间一系列的接触点。

C.S Fernandes(2005)等人使用了计算流体动力学(CFD)工具FLUENT来模拟两块波纹板之间搅动的酸奶流动。因为对称假设简化,含有173634单元的几何域代表板式换热器人形通道一半的波纹核心。非牛顿作用的非等温流动被认可。几何域是高度复杂是由于沿着通道和网格的多重伸缩由四面体、六面体和锥体元素构成。对于出口温度,CFD预测数据和实验数据只有7%的平均误差,两者能较好的符合。

对于本文,在一个四通道平板板式换热器中,并且在两种截然不同的配置(并联和串联)下计算流体动力学(CFD)模型用来模拟流动和传热。为了创建出换热器的虚拟样机,这个虚拟样机要考虑到通道间的不等流分布和通道内的非均匀流分布,板式换热器的准确几何模型被建立,包括通道,板,接管。此外,还建立了通道间的热传递模型,以代替指定一个壁温估计值作为边界条件。对于广义配置的板式换热器,分别从三维计算流体动力学模型和一维活塞流模型,实验结果都与数值预测进行了比较。

2.实验步骤

这项研究是使用了Arm field FT-43实验室薄板式巴氏灭菌器,它的更多描述详见Gut et al. (2004)。FT-43板式换热器拥有12×8cm的不锈钢平板和硅质垫片;主要尺寸规格详见表1。板式换热器的冷热端上的试验流体是经过蒸馏的水。对于不同的温度和冷热流流动比率,巴氏灭菌器的产品线,加热线和冷却线都被用于实验运行。该产品线提供在环境温度下的水,使用了流量为0.3~0.8L/min的蠕动泵。加热线用离心闭路泵(流量测试0.6,

0.8,1.0L/min)从一个可控恒温槽(测试温度30,50,70?C)提供热水。冷水是取自与一个冷却器单元相连的封闭循环。

表1 FT-43板式换热器主要规格尺寸

实验用两种不同传递布置:并联1×2/1×2和串联2×1/2×1,两者正好相反。为了使周围热量损失减少到最小,板组被安装在两块大的塑料组合板之间。进口流温度和出口流温度由连接电脑的刻有标度的热电偶实时监测,而体积流量是由带有刻度的闭路流动表直接在入口槽测量。

每一次运行,在进入稳态至少在两分钟后,记录温度,然后计算平均和标准偏差。不同的工艺条件得到不同的温度和进口流量。但只有当冷热端的热载荷偏差小于15%和流动温度偏差低于1.0?C,该次运行才被接受。

方程式(1a)和(1b)是用来确定板式换热器冷热端的热载荷。方程式中,W表示总的质量流量,C p对于平均流动温度是代表水的比热,实验热载荷是Q hot和Q cold的平均数值。

Q hot=W hot·C p,hot·(T hot,in?T hot,out),(1a)

Q cold=W cold·C p,cold·(T cold,out?T cold,in). (1b)

3.数学模型

3.1 三维计算流体动力学(CFD)模型

CFD模拟的第一步网格生成,它是一个几何域,是解决热量和动量传递方程式的地方(见图1)。这个模型包含几乎一百万个六面体单元,它是使用软件GAMBIT(FLUENT公司)。图2表示,在去掉板后,两个板式换热器构造的扩大的CFD模型。

第二步是边界条件和材料性能的确定。根据实验数据,冷热边界入口条件被设定为进口速度与相应的流量和温度,而出口条件被设置为出口压力。金属板被建模为热阻相当于

1mm 的不锈钢壁的薄壁。所有的外壁都建模为绝热。流动域的模型则是以水的性能建立。至于在所有的模拟中所使用的与温度相关的密度,比热,粘度,热导率都在别处有所体现。

湍流建模仿真的敏感性经过了测试。在采用层流模型,附带壁面函数κ-ε湍流模型,和增强壁面处理的κ-ε湍流模型,仿真得到解决。事实上换热器内的流动主要是层流;然而有湍流区域,特别是靠近板端口。为了正确建立流动和传热模型,则选择了增强壁面处理的κ-ε湍流模型,这就意味着κ-ε模型用于解决没有长规格为基础的壁面函数帮助的壁面。此外,在使用这个模型的前提下,出口温度的实验结果跟模拟结果更符合。

试验也验证了这些结果的网格独立性。模拟不断减小网格直至结果一致。在比较中的变化因素是平均出口温度。

问题是数值求解,采用有限体积法和FLUENT6.1.22。模拟在2G 内存的奔腾4工作站完成。每次模拟平均花费5个小时来汇聚,比如,所有的方程式达到4

101-?规模的剩余价值和热出口的温度检测器必须达到稳定。热载荷的预测从方程(1a )和(1b )确定,不过要使用从CFD 模拟获得的出口温度

图1.(a )板式换热器的板装在本研究中的使用;(b )串联流布置的流动域CFD 模型网格细节展示

图2(a )并联布置1×2/1×2;(b )串联2×1/2×1

3.2一维压缩流模型

在这项工作中,从Gut and Pinto(2003)所介绍的一维活塞流模型获得的热载荷预计与实验结果相比较,它决定了整个板式换热器通道的温度分布和利用典型努塞尔-雷诺普朗特系数用于平均对流热传递系数的确定。该模型的热量传递参数还进行了调整以适应来自121次分别使用不同配置不同板数运行后所搜集的数据。

已经证实,使用从单一配置的板式换热器所搜集的数据,热模型可以得到很好的调整。然而,当使用从不同配置搜集的数据来调整模型时,实验和预计的热载的差异相当大。这些结果表明板式换热器内的流速和传热系数必须依赖于它的配置,而且一个热传递相关系数不足以代表所有可能的板式换热器配置情况。调整过的相关系数

)82.0(Pr 0.457Re Nu 20.3330.771==R 用于这次研究来确定板式换热器内部的平

均对流换热系数。一维模型用于获取温度和方程1a )和(1b )确定的热载荷。

4.结果和讨论

有效的实验运行次数是37次,其中32次是并联(1×2/1×2)和串联(2×1/2×1)配置,

各自有不同的流速和入口流温度。表2显示出实验数据的主要变化范围。热载的实验结果和模拟结果详见表3和表4。

表2 实验数据变化范围

表3 串联配置(2×1/2×1)

表4并联配置(1×2/1×2)

在表3和表4中可以观察到计算流体动力学(CFD )模型所预计的热载始终高于实验值。因为CFD 模型并未将环境的热损失考虑在内,所以这种现象是可预测的。对于一维模型,在表3和表4中可以观察到绝大部分点的低于45°线的现象,例如,热载荷预计低于实验值。这一系统性的错误是来源于广义配置的板式换热器模型的活塞流假设,这个假设是不现实的。一维模型进行了调整,以适应收集自不同配置的实验数据。虽然整体模型的调整令人满意,见J.A.W Gut 等人的研究(2004),但一些配置出现普遍的正偏差(热载荷预测高于实验数值),其他配置又出现了普遍的负偏差(热载荷预测低于实验数值),本文中就出现这种状况(2×1/2×1和1×2/1×2)。

热载荷预测误差也与C *(比热容,冷热两侧0.1*≤C )和换热器的热效应ε有关,

max Q Q

=ε,这里的Q max

指的是最大允许热负载。经过证实,一维模型的这些误差的产生要依赖于运行情况(高C*和低ε导致了这些误差),但是三维模型的误差的产生另有原因。当使用一个仿真模型时,预测误差并不依赖于操作条件,这就非常理想了。

从CFD 模型获得的具体结果认可了板式换热器内部的流速分析和温度分布。高温区域和停滞区域都可以被观察到,揭示了易于结污垢的区域。在图5和图6呈现了一个温度分布和速度分布的例子,串联配置(冷端入口61.3kg/h ,80.5?C ;热端入口61.4kg/h ,36.5?C )。影片1(补充多媒体数据)为了使CFD 模拟结果有一个更好的视界结合了板式换热器冷热

端流速和温度分布。

图5 中板的温度分布

图6 中板流速分布

图5和图6也包含从一维压缩流模型实验获得的结果。注意,一维模型只考虑到传热端口之间的板长,并且假定整个通道有一致的流速分布。我们也知道用实验来获得板式换热器内部温度和流速分布与模拟结果做比较是不可能做到的。除非能获得流动可视化技术。

虽然通过一维模型的热负载预测误差与通过CFD的误差相接近,但一维模型的实验有巨大的缺陷,它为了调整热传递和压降的相关性,需要使用各种配置进行多次试验运行。

另一方面,三维CFD在建模计算时间上有限制。不过,随着高速计算机的发展,模拟更多复杂的板式换热器模型如更多的通道数或者过渡运行下的换热器,都已经成为可能。

5.结论

运用计算流体动力学(CFD)模型成功的建立了四通道平板板式换热器的虚拟模型。模拟结果包括出口温度,热载荷和三维温度和流速分布。对于串联配置,分别从CFD模型和压缩流模型获得的热负载预测误差是相近的(8%);然而,并联流的CFD结果与实验数据较好地符合。在与压缩流模型相比,当使用CFD模型时,预测的误差被证实有较低依赖性。板式换热器的CFD模型的主要优点是可得到详细温度和流速分布,并且没有必要收集大量的实验数据来调整模型参数。另一方面,计算所需时间是应用CFD来建立有着大量板和复杂几何形状的板式换热器的一个限制。

符号

Ac,通道流截面积,m2

C*,比热容,C*1.0,无量纲

C p,定压比热,J/kg?C

De,通道等效直径,m

H,对流换热系数,W/m2?C

K,导热率,W/m?C

Nu,Nusselt数,Nu = h·De/k,无量纲

Pr,Prandtl数,Pr=C p·μ/k,无量纲

Q,热载荷,W

Re,雷诺数,Re=W·De/(μ·N·AC),无量纲

T,温度,?C

V,流速,m/s

W,质量流量,kg/s

化工原理 传热综合实验报告 数据处理 七、实验数据处理 1.蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数K 的测定,并比较冷空气以不同流速u 流过圆形直管时,总传热系数K 的变化。 实验时蒸汽压力:0.04MPa (表压力),查表得蒸汽温度T=109.4℃。实验装置所用紫铜管的规格162mm mm φ?、 1.2l m =,求得紫铜管的外表面积 200.010.060318576281.o S d l m m m ππ=??=??=。 根据2 4s s V V u A d π= =、0.012d m =,得到流速u ,见下表2: 表2 流速数据 取冷空气进、出口温度的算术平均值作为冷空气的平均温度,查得冷空气在不同温度下的比热容p c 、黏度μ、热传导系数λ、密度ρ,如下表3所示: 表3 查得的数据 t 进/℃ t 出/℃ t 平均/℃ ()p c J kg ????? ℃ Pa s μ? ()W m λ?????℃ ()3 kg m ρ-? 22.1 77.3 49.7 1005 0.0000196 0.0283 1.093 24.3 80.9 52.6 1005 0.0000197 0.02851 1.0831 26.3 82.7 54.5 1005 0.0000198 0.02865 1.0765 27.8 83 55.4 1005 0.0000198 0.02872 1.0765 29.9 83.6 56.75 1005 0.0000199 0.02879 1.0699 31.8 83.7 57.75 1005 0.00002 0.02886 1.0666 33.7 83.8 58.75 1005 0.0000200 0.02893 1.0633 35.6 84 59.8 1005 0.0000201 0.029 1.06 根据公式()()=V s p s p Q m c t t c t t ρ=--出进出进、 ()()ln m T t T t t T t T t ---?=--进出进出 , 求出Q 序号 ()31s V m h -? ()1u m s -? 1 2.5 6.140237107 2 5 12.28047421 3 7.5 18.42071132 4 10 24.56094843 5 12.5 30.70118553 6 15 36.84142264 7 17.5 42.98165975 8 20 49.12189685

第六节数据处理的基本方法 前面我们已经讨论了测量与误差的基本概念,测量结果的最佳值、误差和不确定度的计算。然而,我们进行实验的最终目的是为了通过数据的获得和处理,从中揭示出有关物理量的关系,或找出事物的内在规律性,或验证某种理论的正确性,或为以后的实验准备依据。因而,需要对所获得的数据进行正确的处理,数据处理贯穿于从获得原始数据到得出结论的整个实验过程。包括数据记录、整理、计算、作图、分析等方面涉及数据运算的处理方法。常用的数据处理方法有:列表法、图示法、图解法、逐差法和最小二乘线性拟合法等,下面分别予以简单讨论。 列表法是将实验所获得的数据用表格的形式进行排列的数据处理方法。列表法的作用有两种:一是记录实验数据,二是能显示出物理量间的对应关系。其优点是,能对大量的杂乱无章的数据进行归纳整理,使之既有条不紊,又简明醒目;既有助于表现物理量之间的关系,又便于及时地检查和发现实验数据是否合理,减少或避免测量错误;同时,也为作图法等处理数据奠定了基础。 用列表的方法记录和处理数据是一种良好的科学工作习惯,要设 计出一个栏目清楚、行列分明的表格,也需要在实验中不断训练,逐步掌握、熟练,并形成习惯。 一般来讲,在用列表法处理数据时,应遵从如下原则:

(1) 栏目条理清楚,简单明了,便于显示有关物理量的关系。 (2) 在栏目中,应给出有关物理量的符号,并标明单位(一般不重复写在每个数据的后面)。 (3) 填入表中的数字应是有效数字。 (4) 必要时需要加以注释说明。 例如,用螺旋测微计测量钢球直径的实验数据列表处理如下。 用螺旋测微计测量钢球直径的数据记录表 从表中,可计算出 D i D = n = 5.9967 ( mm)

化学实验教学中心 实验报告 化学测量与计算实验Ⅱ 实验名称:气-汽对流传热综合实验报告 学生姓名:学号: 院(系):年级:级班 指导教师:研究生助教: 实验日期: 2017.05.26 交报告日期: 2017.06.02

(二)强化管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定 强化传热又被学术界称为第二代传热技术,它能减小初设计的传热面积,以减小换热器的体积和重量;提高现有换热器的换热能力;使换热器能在较低温差下工作;并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗,更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种,本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。 螺旋线圈的结构图如图1所示,螺旋线圈由直径 3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋 线圈插入并固定在管内,即可构成一种强化传热管。 在近壁区域,流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋 转,一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动,因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细,流体旋流强度也较弱,所以阻力较小,有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值技术参数,且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为αα=Bααα的经验公式,其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。 采用和光滑套管同样的实验方法确定不同流量下得Rei和αα,用线性回归方法可确定B和m的值。 单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响),可以用强化比的概念作为评 ?,其中αα是强化管的努塞尔准数,αα0是普通管判准则,它的形式是:αααα0 ?>1,而且它的值越大,强化效果越好。 的努塞尔准数,显然,强化比αααα0

传热膜系数测定实验(第四组) 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,c p 设备特征尺寸:l 操作:u ,βg ΔT 则:α=f (ρ,μ,λ,c p ,l ,u ,βg ΔT ) 2)量纲分析 ρ[ML -3],μ[ML -1 T -1],λ[ML T -3 Q -1],c p [L 2 T -2 Q -1],l [L] ,u [LT -1], βg ΔT [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 c p : Pr =c p μ/λ βg ΔT : Gr =βg ΔT l 3ρ2/μ2 5)原函数无量纲化 6)实验 Nu =ARe a Pr b Gr c 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: 热量衡算方程: 圆管传热牛顿冷却定律: 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 [℃]

实验数据处理基本方法 实验必须采集大量数据,数据处理是指从获得数据开始到得出最后结 论的整个加工过程,它包括数据记录、整理、计算与分析等,从而寻找出 测量对象的内在规律,正确地给出实验结果。因此,数据处理是实验工作 不可缺少的一部分。数据处理涉及的内容很多,这里只介绍常用的四种方 法。 1列表法 对一个物理量进行多次测量,或者测量几个量之间的函数关系,往往 借助于列表法把实验数据列成表格。其优点是,使大量数据表达清晰醒目, 条理化,易于检查数据和发现问题,避免差错,同时有助于反映出物理量 之间的对应关系。所以,设计一个简明醒目、合理美观的数据表格,是每 一个同学都要掌握的基本技能。 列表没有统一的格式,但所设计的表格要能充分反映上述优点,应注意以下几点:1.各栏目均应注明所记录的物理量的名称(符号 )和单位; 2.栏目的顺序应充分注意数据间的联系和计算顺序,力求简明、齐全、有条理; 3.表中的原始测量数据应正确反映有效数字,数据不应随便涂改,确实要修改数据时, 应将原来数据画条杠以备随时查验; 4.对于函数关系的数据表格,应按自变量由小到大或由大到小的顺序排列,以便于判 断和处理。 2图解法 图线能够明显地表示出实验数据间的关系,并且通过它可以找出两个 量之间的数学关系,因此图解法是实验数据处理的重要方法之一。图解法 处理数据,首先要画出合乎规范的图线,其要点如下: 1.选择图纸作图纸有直角坐标纸 ( 即毫米方格纸 ) 、对数坐标纸和 极坐标纸等,根据 作图需要选择。在物理实验中比较常用的是毫米方格纸,其规格多为17 25 cm 。 2.曲线改直由于直线最易描绘 , 且直线方程的两个参数 ( 斜率和截距 ) 也较易算得。所以对于两个变量之间的函数关系是非线性的情形,在用图解法时 应尽可能通过变量代换 将非线性的函数曲线转变为线性函数的直线。下面为几种常用的变换方法。 ( 1) xy c ( c 为常数 ) 。 令 z 1,则 y cz,即 y 与 z 为线性关系。 x ( 2) x c y ( c 为常x2,y 1 z ,即 y 与为线性关系。

实验数据处理的几种方法 物理实验中测量得到的许多数据需要处理后才能表示测量的最终结果。对实验数据进行记录、整理、计算、分析、拟合等,从中获得实验结果和寻找物理量变化规律或经验公式的过程就是数据处理。它是实验方法的一个重要组成部分,是实验课的基本训练内容。本章主要介绍列表法、作图法、图解法、逐差法和最小二乘法。 1.4.1 列表法 列表法就是将一组实验数据和计算的中间数据依据一定的形式和顺序列成表格。列表法可以简单明确地表示出物理量之间的对应关系,便于分析和发现资料的规律性,也有助于检查和发现实验中的问题,这就是列表法的优点。设计记录表格时要做到:(1)表格设计要合理,以利于记录、检查、运算和分析。 (2)表格中涉及的各物理量,其符号、单位及量值的数量级均要表示清楚。但不要把单位写在数字后。 (3)表中数据要正确反映测量结果的有效数字和不确定度。列入表中的除原始数据外,计算过程中的一些中间结果和最后结果也可以列入表中。 (4)表格要加上必要的说明。实验室所给的数据或查得的单项数据应列在表格的上部,说明写在表格的下部。 1.4.2 作图法 作图法是在坐标纸上用图线表示物理量之间的关系,揭示物理量之间的联系。作图法既有简明、形象、直观、便于比较研究实验结果等优点,它是一种最常用的数据处理方法。 作图法的基本规则是: (1)根据函数关系选择适当的坐标纸(如直角坐标纸,单对数坐标纸,双对数坐标纸,极坐标纸等)和比例,画出坐标轴,标明物理量符号、单位和刻度值,并写明测试条件。 (2)坐标的原点不一定是变量的零点,可根据测试范围加以选择。,坐标分格最好使最低数字的一个单位可靠数与坐标最小分度相当。纵横坐标比例要恰当,以使图线居中。 (3)描点和连线。根据测量数据,用直尺和笔尖使其函数对应的实验点准确地落在相应的位置。一张图纸上画上几条实验曲线时,每条图线应用不同的标记如“+”、“×”、“·”、“Δ”等符号标出,以免混淆。连线时,要顾及到数据点,使曲线呈光滑曲线(含直线),并使数据点均匀分布在曲线(直线)的两侧,且尽量贴近曲线。个别偏离过大的点要重新审核,属过失误差的应剔去。 (4)标明图名,即做好实验图线后,应在图纸下方或空白的明显位置处,写上图的名称、作者和作图日期,有时还要附上简单的说明,如实验条件等,使读者一目了然。作图时,一般将纵轴代表的物理量写在前面,横轴代表的物理量写在后面,中间用“~”

深对其概念和影响因素的理解,并应用线性回归分析方法,确定关联式 Nu = A * Re * Pr 实验研究,测定其准数关联式 Nu = B * Re 中常数 B 、m 的值和强化比 Nu / Nu 0 ,了解强化 ② 对α i 的实验数据进行线性回归,求关联式 Nu=ARe Pr 中常数 A 、m 的值。 ② 对α i 的实验数据进行线性回归,求关联式 Nu=BRe 中常数 B 、m 的值。 气—气传热综合实验讲义 一、 实验目的: 1. 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数 α i 的测定方法,加 m 0.4 中常数 A 、m 的值; 2. 通过对管程内部插有螺旋线圈和采用螺旋扁管为内管的空气—水蒸气强化套管换热器的 m 传热的基本理论和基本方式; 3. 了解套管换热器的管内压降 ?p 和 Nu 之间的关系; 二、 实验内容: 实验一: ① 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数α i 。 m 0.4 ③ 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的管内压降 ?p 1。 实验二: ① 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数α i 。 m ③ 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的管内压降 ?p 2 。并在同一坐标系下绘制普通管 ?p 1 ~Nu 与强化管 ?p 2 ~Nu 的关系曲线。比较实验结果。 ④ 同一流量下,按实验一所得准数关联式求得 Nu 0,计算传热强化比 Nu/Nu 0。 三、 实验原理 实验一 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1. 对流传热系数α i 的测定 对流传热系数α i 可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定。

本科实验报告 (阅) 实验名称:非良导体热导率的测量 实验11 非良导体热导率的测量 【实验目的和要求】 1.学习热学实验的基本知识和技能。 2.学习测量非良导体热导率的基本原理的方法。 3.通过做物体冷却曲线和求平衡温度下物体的冷却速度,加深对数据图事法的理解。 【实验原理】 热可以从温度高的物体传到温度低的物体,或者从物体的高温部分传到低温部分,这种现象叫做热传递。热传递的方式有三种:传导,对流和辐射。 设有一厚度为l、底面积为S?的薄圆板,上下两底面的温度T ,T 不相等,且T1>T2,则有热量自上底面传乡下底面(见图1),其热量可以表示为 (1)

图1 测量样品 式中,为热流量,代表单位时间里流过薄圆板的热量;为薄圆板内热流方向上的温度梯度,式中的负号表示热流方向与温度梯度的方向相反;为待 测薄圆板的热导率。 如果能保持上下两底面的温度不变(稳恒态)和传热面均匀,则,于是 (2) 得到 关键1.使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态。 2.测出稳恒态时的。 1.建立稳恒态 为了实现稳恒态,在试验中将待测薄圆板B置于两个直径与B相同的铝圆柱A,C 之间,且紧密接触,(见图2)。 图二测量装置 C内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻,前者被用来做热源。首先,

可由EH-3数字化热学实验仪将C内的电阻丝加热,并将其温度稳定在设定的数值上。B的热导率尽管很小,但并不为零,固有热量通过B传递给A,使A的温度T A逐渐升高。当T A高于周围空气的温度时,A将向四周空气中散发热量。由于C的温度恒定,随着A的温度升高,一方面通过C通过B流向A的热流速率不断减小,另一方面A向周围空气中散热的速率则不断增加。当单位时间内A 从B 获得的热量等于它向周围空气中散发的热量时,A的温度就稳定不变了。 2.测量稳恒态时的 因为流过B的热流速率就是A从B获的热量的速率,而稳恒态时流入A的热流速率与它散发的热流速率相等,所以,可以通过测A在稳恒态时散热的热流速率来测。当A单独存在时,它在稳恒温度下向周围空气中散热的速率为 (3) 式中,为A的比热容;为A的质量;n=T=T2成为在稳恒温度T2时的冷却速度。 A的冷却速度可通过做冷却曲线的方法求得。具体测法是:当A、C已达稳恒态后,记下他们各自的稳恒温度T2,T1后,再断电并将B移开。使A,C接触数秒钟,将A 的温度上升到比T2高至某一个温度,再移开C,任A自然冷却,当TA降到比T2约高To(℃)时开始计时读数。以后每隔一分钟测一次TA,直到TA 低于T2约To(℃)时止。测的数据后,以时间t为横坐标,以TA为纵坐标做A 的冷却曲线,过曲线上纵坐标为T2的点做此曲线的切线,则斜率就是A在TA 的自然冷却速度,即 (4) 于是有(5) 但要注意,A自然冷却时所测出的与试验中稳恒态时A散热是的热流速率是不同的。因为A在自然冷却时,它的所有外表面都暴漏在空气中,都可以 散热,而在实验中的稳恒态时,A的上表面是与B接触的,故上表面是不散热的。由传热定律:物体因空气对流而散热的热流速率与物体暴露空气中的表面积成正比。设A的上下底面直径为d,高为h,则有 (6)

有效数字 1、有效数字不同的数相加减时,以参加运算各量中有效数字最末一位位数最高的为准,最后结果与它对其,余下的尾数按舍入规则处理。 2、乘除法以参与运算的数值中有效位数最少的那个数为准,但当结果的第1位数较小,比如1、2、3时可以多保留一位(较小:结果的第一位数小于 有效数字最少的结果第一位数)! 例如:n=tg56° θ=56° d θ=1° θθθθθ2cos d d d dtg dn == 为保留) (,带入848.156n 15605.018056cos 1cos 22=?=∴?=??=≈?=?= ?tg n θθπθθ 3、可以数字只出现在最末一位:对函数运算以不损失有效数字为准。 例如:20*lg63.4 可疑最小位变化0.1 Y=20lgx 01.04 .631.010ln 2010ln 20ln 10ln 20≈===x dx dx dx x d dy 04.364.63lg 20=∴ 4、原始数据记录、测量结果最后表示,严格按有效数字规定处理。(中间过程、结果多算几次) 5、4舍5入6凑偶 6、不估计不确定度时,有效数字按相应运算法则取位;计算不确定度时以不确定度的处理结果为准。 真值和误差 1、 误差=测量值-真值 ΔN=N-A 2、 误差既有大小、方向与政府。 3、 通常真值和误差都是未知的。 4、 相对约定真值,误差可以求出。 5、 用相对误差比较测量结果的准确度。 6、 ΔN/A ≈ΔN/N 7、 系统误差、随机误差、粗大误差 8、 随机误差:统计意义下的分布规律。粗大误差:测量错误 9、 系统误差和随机误差在一定条件下相互转化。 不确定度 1、P (x )是概率密度函数 dx P dx x x P p )x (之间的概率是测量结果落在+当x 取遍所有可能的概率值为1. 2、正态分布且消除了系统误差,概率最大的位置是真值A 3、曲线“胖”精密度低“瘦”精密度高。 4、标准误差:无限次测量?∞∞-=-2 )()(dx X P A X x )(σ 有限次测量且真值不知道标准偏

套管换热器传热实验实验报告数据处理 我们组做的是实验I : 1, Q=m s1c 1 △t 1 求K 得先求Q Q=m s 1C 1△t 1 ,其中,C 1=所以得先求m s 1 , C 1, △t 1, ◇ 1m s1 =V s1 ρ 要得求V s1,V s1=u 1A ,V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2)-gR C 0为空流系数,C 0=0.855,A 0为空口面积,A 0的计算方法如下:A 0 =π4 d 02 , d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×(20.32 1000 )2=3.243293×10-4 m 2 R 为压计差读数 A=π4 d 2 ,d 为内管内径=20mm , 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1, ◇ 2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值,然后用内插法求得对应平均温 度对应的的C 1值 ◇ 3 求△t 1= t △ t 1 ,= t = t 1 + t 2 2 t 1 为进口温度 t 2 为出口温度 进口温度t 1的求解方法 由热电偶中的电位Vt ,按照公式求[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=得

Et ,再由852.4901004.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 1值 出口温度t 2的求解方法 由热电偶中的电位Vt ,按照公式[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=求得 Et ,再由852.49010 04.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 2值 由以上步骤求出 Q 2 ,由Q=KA △t m 求出K 值 K= Q A △t m Q 由第一步已经求出,A 为内管内径对应的面积,A=2π rL ,r=17.8mm=0.0178 m, A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ,Nu 流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时,对流传热准数关联式的函数关系为: (,,)l Nu f Re Pr d = 对于空气,在实验范围内,Pr 准数基本上为一常数;当管长与管径的比值大于50 时,其值对 Nu 的影响很小;则 Nu 仅为 Re 的函数,故上述函数关系一般可以处理成: m Nu aRe = 式中,a 和 m 为待定常数。 Re=du ρ μ d=2×0.0178 m =0.0356 m , u=Vs/(π×0.01782 )μ 和ρ用内插法,先查表 的相近温度的μ,ρ,再用线性关系计算求得。 测量空气一侧管壁的中区壁温T W ,由热电偶按前面公式求得;由下式可以计算空气与管壁

7.4 传热综合实验(20170424版本) 7.4.1实验目的与要求 1.通过实验,加深对传热理论的理解,提高研究和解决传热实际问题的能力; 2.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数i α的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解。 3.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究, 掌握对流传热系数i α的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解。 4.学会并应用线性回归分析方法,确定传热管关联式4 .0Pr Re m A Nu =中的常数A 和m 的数值,强化管关联式4.00Pr Re m B Nu =中B 和m 数值。 5.根据计算出的Nu 、Nu 0求出强化比Nu/Nu 0,比较强化传热的效果,加深理解强化传热的基本理论和方式。 6.通过变换列管换热器换热面积实验测取数据计算总传热系数K ,加深对其概念和影响因素的理解。 7.认识套管换热器(光滑、强化)、列管换热器的结构及操作方法,测定并比较不同换热器的性能。 7.4.2实验原理 在工业生产中,间壁换热是经常使用的换热方式。热流体借助于传热壁面,将热量传递给冷热体,以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器,应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外,换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率,提高换热器的传热系数以强化传热过程,在生产实践中是经常遇到的问题。 冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成。如7.4-1所示。在忽略了换热 管内外两侧的污垢热阻后,以冷流体一侧传热面积为基准的传热系数计算式为: o o i m i i A A A A K αλδα+ += 11 (7.4-1) 式中:K ——以冷流体一侧传热面积为基准的总传热系数,)/(2℃?m W ; 图7.4-1 间壁式传热过程示意图

实验四传热实验 、实验目的 (1) 了解间壁式传热元件,掌握给热系数测定的实验方法。 (2) 学会给热系数测定的实验数据处理方法。 (3) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 (4) 掌握热电阻测温的方法。 (5) 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 二、实验原理 在工业生产过程中,大量情况下,冷、热流体系通过固体壁面(传热元件)进行热量交换,称为间壁式换热。如图(4 - 1)所示,间壁式传热过程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所组成。 图4-1间壁式传加程示意图 达到传热稳定时,有 Q -—爲)=卿/■沖仏一人.) -%4(丁-為)輛-场血(斥-咖 式中:Q —传热量,J / s ; m —热流体的质量流率,kg / s C PI—热流体的比热,J / (kg ? C); T i —热流体的进口温度,C; T2 —热流体的出口温度,C; m —冷流体的质量流率,kg / s (4-1 ) T

C p2 —冷流体的比热,J /(kg ? C ); 11 —冷流体的进口温度,C; t2 —冷流体的出口温度,C; 2 :-1 —热流体与固体壁面的对流传热系数,W / (m C ); A—热流体侧的对流传热面积,m; ";| —热流体与固体壁面的对数平均温差,C; 2 :-2 —冷流体与固体壁面的对流传热系数,W / (m C );A—冷流体侧的对流传热面积,m; |f\ —固体壁面与冷流体的对数平均温差,C; K —以传热面积A为基准的总给热系数,W / (m 2C); —冷热流体的对数平均温差,C; 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式(4—2)计算, —[「J (4 - 2)亠4 一5 式中:T1 —热流体进口处热流体侧的壁面温度,C; TA2 —热流体出口处热流体侧的壁面温度,C。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式(4—3)计算, r - :(4 —3) In切7 式中:t wi —冷流体进口处冷流体侧的壁面温度,C; t W2 —冷流体出口处冷流体侧的壁面温度,C。 热、冷流体间的对数平均温差可由式( 4 —4)计算, 当在套管式间壁换热器中,环隙通以水蒸气,内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时,则由式(4—1)得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数, 叫*-片) (4-5) 实验中测定紫铜管的壁温t wi、t w2;冷空气或水的进出口温度t l、t2;实验用紫铜管的 (4-4 )

1.4 实验数据处理的几种方法 物理实验中测量得到的许多数据需要处理后才能表示测量的最终结果。对实验数据进行记录、整理、计算、分析、拟合等,从中获得实验结果和寻找物理量变化规律或经验公式的过程就是数据处理。它是实验方法的一个重要组成部分,是实验课的基本训练内容。本章主要介绍列表法、作图法、图解法、逐差法和最小二乘法。 1.4.1 列表法 列表法就是将一组实验数据和计算的中间数据依据一定的形式和顺序列成表格。列表法可以简单明确地表示出物理量之间的对应关系,便于分析和发现资料的规律性,也有助于检查和发现实验中的问题,这就是列表法的优点。设计记录表格时要做到:(1)表格设计要合理,以利于记录、检查、运算和分析。 (2)表格中涉及的各物理量,其符号、单位及量值的数量级均要表示清楚。但不要把单位写在数字后。 (3)表中数据要正确反映测量结果的有效数字和不确定度。列入表中的除原始数据外,计算过程中的一些中间结果和最后结果也可以列入表中。 (4)表格要加上必要的说明。实验室所给的数据或查得的单项数据应列在表格的上部,说明写在表格的下部。 1.4.2 作图法 作图法是在坐标纸上用图线表示物理量之间的关系,揭示物理量之间的联系。作图法既有简明、形象、直观、便于比较研究实验结果等优点,它是一种最常用的数据处理方法。 作图法的基本规则是: (1)根据函数关系选择适当的坐标纸(如直角坐标纸,单对数坐标纸,双对数坐标纸,极坐标纸等)和比例,画出坐标轴,标明物理量符号、单位和刻度值,并写明测试条件。 (2)坐标的原点不一定是变量的零点,可根据测试范围加以选择。,坐标分格最好使最低数字的一个单位可靠数与坐标最小分度相当。纵横坐标比例要恰当,以使图线居中。 (3)描点和连线。根据测量数据,用直尺和笔尖使其函数对应的实验点准确地落在相应的位置。一张图纸上画上几条实验曲线时,每条图线应用不同的标记如“+”、“×”、“·”、“Δ”等符号标出,以免混淆。连线时,要顾及到数据点,使曲线呈光滑曲线(含直线),并使数据点均匀分布在曲线(直线)的两侧,且尽量贴近曲线。个别偏离过大的点要重新审核,属过失误差的应剔去。 (4)标明图名,即做好实验图线后,应在图纸下方或空白的明显位置处,写上图的名称、作者和作图日期,有时还要附上简单的说明,如实验条件等,使读者一目了然。

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0.4),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 。 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:p n m Gr A Nu Pr Re 对于强制湍流而言。Gr 数可忽略,即

n m A Nu Pr Re = 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=0.4(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 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 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,则可得系数A ,即 m Nu A Re Pr 4.0= 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 μρ du = Re , λμ Cp = Pr , λαd Nu = 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 △t m 式中α——传热膜系数,W/(m 2.℃);

实验数据处理的基本方法 数据处理是物理实验报告的重要组成部分,其包含的内容十分丰富,例如数据的记录、函数图线的描绘,从实验数据中提取测量结果的不确定度信息,验证和寻找物理规律等。本节介绍物理实验中一些常用的数据处理方法。 1列表法 将实验数据按一定规律用列表方式表达出来是记录和处理实验数据最常用的方法。表格的设计要求对应关系清楚、简单明了、有利于发现相关量之间的物理关系;此外还要求在标题栏中注明物理量名称、符号、数量级和单位等;根据需要还可以列出除原始数据以外的计算栏目和统计栏目等。最后还要求写明表格名称、主要测量仪器的型号、量程和准确度等级、有关环境条件参数如温度、湿度等。 本课程中的许多实验已列出数据表格可供参考,有一些实验的数据表格需要自己设计,表1.7—1是一个数据表格的实例,供参考。 表1.7—1数据表格实例 杨氏模量实验增减砝码时,相应的镜尺读数 2作图法

作图法可以最醒目地表达物理量间的变化关系。从图线上还可以简便求出实验需要的某些结果(如直线的斜率和截距值等),读出没有进行观测的对应点(内插法),或在一定条件下从图线的延伸部分读到测量范围以外的对应点(外推法)。此外,还可以把某些复杂的函数关系,通过一定的变换用直线图表示出来。例如半导体热敏电阻的电阻与温度关系为,取对数后得到 ,若用半对数坐标纸,以lgR为纵轴,以1/T为横轴画图,则为一条直线。 要特别注意的是,实验作图不是示意图,而是用图来表达实验中得到的物理量间的关系,同 时还要反映出测量的准确程度,所以必须满足一定的作图要求。 1)作图要求 (1)作图必须用坐标纸。按需要可以选用毫米方格纸、半对数坐标纸、对数坐标纸或极坐标纸等。 (2)选坐标轴。以横轴代表自变量,纵轴代表因变量,在轴的中部注明物理量的名称符号及其单位,单位加括号。 (3)确定坐标分度。坐标分度要保证图上观测点的坐标读数的有效数字位数与实验数据的有效数字位数相同。例如,对于直接测量的物理量,轴上最小格的标度可与测量仪器的最小刻度相同。两轴的交点不一定从零开始,一般可取比数据最小值再小一些的整数开始标值,要尽量使图线占据图纸的大部分,不偏于一角或一边。对每个坐标轴,在相隔一定距离下用整齐的数字注明分度(参阅图1.7—1)。 (4)描点和连曲线。根据实验数据用削尖的硬铅笔在图上描点,点子可用“+”、“×”、“⊙”等符号表示,符号在图上的大小应与该两物理量的不确定度大小相当。点子要清晰,不能用图线盖过点子。连线时要纵观所有数据点的变化趋势,用曲线板连出光滑而细的曲线(如系直线可用直尺),连线不能

传热综合实验实验

传热综合实验实验数据记录与处理 1.原始数据记录表格 以下计算以次序1作为计算实例: 空气进口密度52310 4.510 1.2916t t ρ--=-?+=10-5*48.4 2 -4.5*10-3 *48.4+1.2916=1.053 kg/m 3; 空气质量流量m s2 =ρV=1.053*46.286/3600=0.0135kg/s ; 空气流速u=4V/(πd 2)=4*46.286/(3.14*0.02*0.02*3600)=40.95 m/s ; 空气定性温度(t 1+t 2)/2=(48.4+82.7)/2=65.55℃; 换热面积22A d l π== 3.14*0.016*1=0.0502m 2; 空气的比热 C p2=1005 J / (kg ?℃); 对数平均温度 ()()1 2211221ln t T t T t T t T t m -----= ?=33.001℃;

总给热系数 ()m p t A t t c m K ?-= 1222=0.25933 W/(m 2·℃); 2.计算结果列表 密度52310 4.510 1.2916t t ρ--=-?+=10-5*50.252 -4.5*10-3 *50.25+1.2916=1.09kg/m 3 流体粘度6235(210510 1.716910t t μ---=-?+?+?) =6235(210*50.25510*50.25 1.716910----?+?+?) =1.96E-05 Pa ·s ; t=定性温度; 流体导热系数8252108100.0244t t λ--=-?+?+ =825210*50.25810*50.250.0244---?+?+= 0.0284 W/(m ·℃); 雷诺准数μ ρ du =Re =0.016*7.19*1.09/1.96E-05=6397.63; 普兰特数 λ μ 2Pr p c = =(1005*1.96E-05)/ 0.0284=0.694; 理论值 α=4.08.0Pr Re 023.0d λ =0.80.40.0284 0.023*6397.630.6940.016 =39.11 W/(m 2·℃); 努赛尔数λ αd Nu = = 39.11*0.016/0.0284=22.03。

传热实验 一、实验目的 1、了解换热器的结结构及用途。 2、学习换热器的操作方法。 3、了解传热系数的测定方法。 4、测定所给换热器的传热系数K。 5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程,并实验之。 二、实验原理 根据传热方程Q=KA△tm,只要测得传热速率Q,冷热流体进出口温度和传热面积A,即可算出传热系数K。在该实验中,利用加热空气和自来水通过列管式换热器来测定K,只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空气的流量即可。 在工作过程中,如不考虑热量损失,则加热空气释放出的热量Q1与自来水得到的热量Q2应相等,但实际上因热损失的存在,此两热量不等,实验中以Q2为准。 三、实验流程和设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计等组成。空气走管程,水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长进行计算。 实验流程图:

四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程,掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。 2、实验开始时,先开水路,再开气路,最后再开加热器。 3、控制所需的气体和水的流量。 4、待系统稳定后,记录水的流量、进出口温度,记录空气的流量和进出口温度,记录设备的有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变,改变自来水的流量,重复第四步。 6、保持第4步水的流量,改变空气的流量,重复第四步。 7、实验结束后,关闭加热器、风机和自来水阀门。 五、实验数据记录和整理 1、设备参数和有关常数 换热流型错流;换热面积 0.4㎡ 2、实验数据记录

六、实验结果及讨论 1、求出换热器在不同操作条件下的传热系数。 计算数据如上表,以第一次记录数据序号1为例计算说明: 度 水的算数平均温度:水流量:空气流量:水气4.2029 .219.182/0222.03600 1000 1080/0044.03600 16 213=+=+==??=== -t t T s kg W s m V s J t t C W Q K kg J C p p /867.278)9.189.21(41830222.0)() /(418312=-??=-??=?=传热速率比热容:查表得,此温度下水的 K =-----=-----= ?2479.369.182.299 .21110ln 9.182.29)9.21110(ln )()() (对数平均温度水进 气出水出气进水进气出水出气进逆T T T T T T T T t m 9333 .269 .189.212.291100329.09 .181109 .189.2112211112=--=--==--=--= t t T T R t T t t P K =?=??ψ=?∴=ψ??2479.362479.360.10 .1逆查图得校正系数m t m t t t ) /(1717.192 1101 .192333.19) /(2333.192479 .364.0867 .27822K m W K K K m W t S Q K m ?=+= ?=?=??= 的平均值:传热系数

传热综合实验实验内部编号:(YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)

传热综合实验实验数据记录与处理 1.原始数据记录表格 以下计算以次序1作为计算实例: 空气进口密度52310 4.510 1.2916t t ρ--=-?+=10-5*48.4 2 -4.5*10-3 *48.4+1.2916=1.053 kg/m 3; 空气质量流量m s2 =ρV=1.053*46.286/3600=0.0135kg/s ; 空气流速u=4V/(πd 2)=4*46.286/(3.14*0.02*0.02*3600)=40.95 m/s ; 空气定性温度(t 1+t 2)/2=(48.4+82.7)/2=65.55℃;

换热面积22A d l π== 3.14*0.016*1=0.0502m 2; 空气的比热 C p2=1005 J / (kg ℃); 对数平均温度 ()()1 2211221ln t T t T t T t T t m -----= ?=33.001℃; 总给热系数 ()m p t A t t c m K ?-=1222=0.25933 W/(m 2·℃); 2.计算结果列表 密度52310 4.510 1.2916t t ρ--=-?+=10-5 *50.252 -4.5*10-3 *50.25+1.2916=1.09kg/m 3 流体粘度6235(210510 1.716910t t μ---=-?+?+?) =6235(210*50.25510*50.25 1.716910----?+?+?) =1.96E-05 Pa ·s ; t=定性温度;

1.7 常用的数据处理方法 实验数据及其处理方法是分析和讨论实验结果的依据。在物理实验中常用的数据处理方法有列表法、作图法、逐差法和最小二乘法(直线拟合)等。 1.7.1 列表法 在记录和处理数据时,常常将所得数据列成表。数据列表后,可以简单明确、形式紧凑地表示出有关物理量之间的对应关系;便于随时检查结果是否合理,及时发现问题,减少和避免错误;有助于找出有关物理量之间规律性的联系,进而求出经验公式等。 列表的要求是: (1)要写出所列表的名称,列表要简单明了,便于看出有关量之间的关系,便于处理数据。 (2)列表要标明符号所代表物理量的意义(特别是自定的符号),并写明单位。单位及量值的数量级写在该符号的标题栏中,不要重复记在各个数值上。 (3)列表的形式不限,根据具体情况,决定列出哪些项目。有些个别的或与其他项目联系不大的数据可以不列入表内。列入表中的除原始数据外,计算过程中的一些中间结果和最后结果也可以列入表中。 (4)表中所列数据要正确反映测量结果的有效数字。 列表举例如表1-2所示。 表1-2铜丝电阻与温度关系 1.7.2 作图法 作图法是将两列数据之间的关系用图线表示出来。用作图法处理实验数据是数据处理的常用方法之一,它能直观地显示物理量之间的对应关系,揭示物理量之间的联系。 1.作图规则 为了使图线能够清楚地反映出物理现象的变化规律,并能比较准确地确定有关物理量的量值或求出有关常数,在作图时必须遵守以下规则。 (1)作图必须用坐标纸。当决定了作图的参量以后,根据情况选用直角坐标纸、极坐标纸或其他坐标纸。 (2)坐标纸的大小及坐标轴的比例,要根据测得值的有效数字和结果的需要来定。原则上讲,数据中的可靠数字在图中应为可靠的。我们常以坐标纸中小格对应可靠数字最后一位的一个单位,有时对应比例也适当放大些,但对应比例的选择要有利于标实验点和读数。最小坐标值不必都从零开始,以便做出的图线大体上能充满全图,使布局美观、合理。 (3)标明坐标轴。对于直角坐标系,要以自变量为横轴,以因变量为纵轴。用粗实线在坐标纸上描出坐标轴,标明其所代表的物理量(或符号)及单位,在轴上每隔一定间距标明

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