传热膜系数测定实验报告-北京化工大学.docVIP

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 班 级： 化工11 姓 名： 学 号： 2011011 序 号： 同 组 人： 设备型号： 第 套 实验日期： 2013-12-1 一、实验摘要 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：传热膜系数K、雷诺数Re、努赛尔准数Nu、普朗特数Pr 二、实验目的 1、测量空气在圆直管内的强制湍流给热系数α1，确定α1的关联式； 2、测量空气在圆直管内的强化传热给热系数α1＇，确定α1＇的关联式； 3、测定两个条件下铜管内空气的能量损失。 三、实验原理 热量的传递方式有传导、对流、辐射三种，流体流经固体表面的传热传导、对流过程，称为对流给热。 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，既。 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：。 式中： α——传热膜系数，[W/(m2·℃)]； Q——传热量，[W]； A——总传热面积[m22]。 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： W——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/m33]； V——流体体积流量，[m33/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。 四、实验流程和设备 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1.10m。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。 实验装置流程如下图所示，冷空气由风机输送，经孔板流量计计量后，进入换热器内管（铜管），并与套管环隙中的水蒸气换热，空气被加热后，排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再由回流管返回蒸汽发生器，用于消除端效应。铜管两端用塑料管与管路相连，用于消除热效应。 传热实验带控制点工艺流程 1-风机 2-空气流量调节阀 3-孔板流量计（d0=20mm）4-补水阀 5-水蒸汽发生器 6-进口温度计 7-1#壁面温度计 8-套管换热器 9-2#壁面温度计 10-不凝气防控阀 11-出口温度计 TIC01——加热器壁温，℃ PI02——管路压降，KPa TI03——空气进口温度，℃ TI04——蒸汽进口壁温，℃ ΔPI05——孔板压降，KPa TI06——蒸汽出口壁温，℃ PIC07——壳程蒸汽压力，KPa TI08——空气出口温度，℃ 实验介质：水蒸汽、空气。 研究对象：套管换热器 内管：黄铜材质，Ф27X3.5mm，有效长度1.1m