传热膜系数实验报告

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.℃)；

Q ——穿热量，W ； A ——总传热面积，m 2；

△t m ——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

3600

/)(3600/)(1212t t c V t t Wc Q p s p -=-=ρ

式中W ——质量流量，kg/h ；

c p ——流体的比定压热容，J/(kg.℃)； t 1,t 2——流体进、出口温度，℃； ρ——定性温度下流体密度，kg/m 3； V s ——流体体积流量，m 3/h ；

空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量V s 与孔板流量计压差△p 的关系式为

V s =26.2△p 0.54

式中△p ——孔板流量计压降，kPa ；

V s ——空气流量，m 3/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1.25m 。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。

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，最大鸭梨17.50kPa ，最大流量100 m 3/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

流程图如下：

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

、

3

1

2

4

8

7

5

11

12

13

10

9

6

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。

六、实验数据处理

1.原始数据记录如下

传热膜系数测定原始数据表(直管传热)

d=0.02m,l=1.25 m