传热膜系数测定的探究.docx

传热膜系数测定的探究学院化学工程学院专业化学工程与工艺班级化实1101姓名张策同组人何鹏李佳邱宝成学号 2011011167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,并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。另，本实验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。本实验采用由风机、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。关键词：传热，传热膜系数目录第1章引言4第2章实验原理及实验设计5? 2.1 实验原理及装置概述5? 2.1.1 实验原理5? 2.1.2 实验装置7? 2.2 实验设计及流程8第3章实验数据处理9? 3.1 传热膜系数的测定（未强化）9? 3.1.1 实验数据记录（未强化）9? 3.1.2 传热膜实验物性计算（未强化）9? 3.1.3传热膜实验准数计算（未强化）11? 3.2 传热膜系数的测定（强化后）12? 3.2.1 实验数据记录（强化后）12? 3.2.2 传热膜实验物性计算（强化后）13? 3.2.3传热膜实验准数计算（强化后）13? 3.3 方程准数处理14第4章数据分析与结果讨论15? 4.1 数据分析15? 4.1.1数据拟合15? 4.1.2结果比较16? 4.2 思考性问题18第1章引言在工业生产中，要实现热量的交换，须采用一定的设备，此种交换的设备称为换热器。化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的另一侧（对流给热），通过坚壁内的热传递再由间壁的另一侧将热传递给冷流体。从而使热流体物流被冷却，冷流体被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。对流给热的核心问题是求算传热膜系数。第2章实验原理及实验设计2.1 实验原理及装置概述2.1.1 实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数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，即得到直线方程：在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A，即：用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其准数定义式分别为：，，实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。根据定性温度（空气进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr准数值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值进而算得Nu准数值。牛顿冷却定律为：式中： α——传热膜系数，W/(m2·℃)； Q——传热量，W； A——总传热面积m2；Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，℃。传热量可由下式求得：式中：qm——质量流量，kg/h；Cp——流体定压比热，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。空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量Vs与孔板流量计压降Δp的关系为式中Δp——孔板流量计压降，kPa；Vs——空气流量，m3/h。2.1.2 实验装置1. 设备说明本实验空气走内管，蒸汽走环隙（玻璃管）。内管为黄铜管，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。测量空气进出口温度的铂电阻应置于进出管的中心。测得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。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直接读取，并实现数据的在线采集与控制，测