传热膜系数测定实验报告要点Word格式文档下载.docx
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1?
A1?
（tw,1?
t1）?
（tw,2?
t2） tw,1?
t1lntw,2?
t2 式中：
α——内表面给热系数，[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，[℃]；
t1——进口温度，[℃]；
对流给热系数测定实验——XXX t2——出口温度，[℃]；
tw,1——壁温，[℃]；
tw,2——壁温，[℃]。
其中传热量，可下式求得：
Q?
W?
Cp?
t2?
t1?
/3600?
V?
/3600 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]。
通过测量Δp、t1、t2、tw1、tw2，并根据定性温度/2和设备尺寸计算Cp1、A1，即可确定α1。
空气一侧的截面温度变化大于壁和水蒸气侧，测量t1、t2时，温度计要放在管道中心偏上位置且气体湍动程度足够，才能测出空气主体平均温度，否则误差很大。
内外表面壁温差别很小，实验中将热电偶温度计焊接在管壁中心，测量出壁面温度tw1、tw2.空气流量通过孔板流量计测得，计算方法如下：
测量点体积流量：
’?
4qv，1=?
10?
3600?
2?
P?
1000?
空气，测量点m3?
h?
1工作点体积流量：
qv，1=qv，1?
’?
空气，测量点3?
1m?
h?
空气，工作点 式中：
Δp——孔板流量计压降，kpa；
3?
1qv，1——空气流量，m?
h。
强化传热的方法有增加K、A和Δtm。
于套管换热器内表面热阻1/?
1远远大于壁阻?
/?
铜及外表面热阻1/?
2 Q。
测量强化后的给热系数?
1的方法以及回归参数A’，a’的关联式形式同上。
强化Q付出的代价是空气在管内流动的阻力损失增大，于空气可压缩等原因，总能量损失除考虑机 械能减少外，还应考虑内能的减少等。
’ 四、实验装置 对流给热系数测定实验——XXX 本实验空气走内管，蒸汽走环隙。
内管为黄铜管，内径为，有效长度为。
空气进、出口温度和管壁温度分别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。
孔板流量计的压差压差传感器测得。
实验使用的蒸汽发生器不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为。
风机采用XGB型漩涡气泵，最大压力，最大流量100m3/h。
2、采集系统说明压力传感器 本实验装置采用ASCOM5320型压力传感器，其测量范围为0～20kpa。
显示仪表在实验中所有温度和压差等参数均可人工智能仪表直接读取，并实现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、流程说明本实验装置流程如下图所示，冷空气风机输送，经孔板流量计计量后，进入换热器内管，并与套管环隙中的水蒸气换热，空气被加热后，排入大气。
空气的流量空气流量调节阀调节。
蒸汽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。
图1套管式换热实验装置和流程 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、不凝气体放空阀；
9、冷凝水回流管；
10、蒸气发生器；
11、补水漏斗；
12、补水阀；
13、排水阀 对流给热系数测定实验——XXX 五、实验操作 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，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。
注意：
a、实验前，务必使蒸汽发生器液位合适，液位过高，则水会溢入蒸汽套管；
过低，则可能烧毁加热器。
b、调节空气流量时，要做到心中有数，为保证湍流状态，孔板压差读数不应从0开始，最低不小于。
实验中要合理取点，以保证数据点均匀。
c、切记每改变一个流量后，应等到读数稳定后再测取数据。
六、实验数据记录及处理 本实验内管内径为，有效长度为。
空气强制湍流给热系数
对流给热系数测定实验——XXX 数据 孔板压壁温2降tw,2/ΔP℃孔板进口出口壁温序频率气温气温1t1/tw,1/号/Hzt1/℃℃℃管路压降ΔP管路/kPa/kPa测量点表压p/kPa测量测量点点密流量度3-qv/m?
hρ/kg1-3?
m工作点温度t/℃工作点表压p/kPa工作点工作点粘密度度μ/Pa?
sρ/kg?
-3m工作点热导率-1λ/W?
m-1?
℃工作点比工作点热流量容3-qv/m?
hcp/J1?
-1kg?
℃-1100210021002100210021002100210021002100210021002 工作点气速-u/m?
s1热流量Q/W对数平均给热温差系数-Δα1/W?
m2-1tm/?
℃℃NuPrReNu/Pr4/标准值123456789101112 555555555555 154541784619696241962801831189342883951441943 440994987857376 对流给热系数测定实验——XXX 计算举例：
?
p孔板+?
p管路=+=kPa测量点表压：
p测量点=22测量点密度：
测量点=测量点流量：
p测量点绝压?
M空气RT测量点=?
29?
3 =kg?
1000qv测量点?
C0A02?
p孔板?
测量点=?
10-4?
3600=?
1 工作点温度：
t工作点=t1?
℃22工作点表压：
p工作点=?
p管路==kPa22工作点密度：
工作点=p工作点绝压M空气RT工作点=?
3=kg?
1000工作点粘度、热导率、比热容均纯物质化学性质查询软件查出工作点流量：
qv工作点?
qv测量点?
测量点?
==m3?
1 ?
工作点?
103?
（?
）?
W3600工作点气速：
u?
4?
d2?
m?
s?
1 热流量：
Q?
qmcp（t2?
对数平均温差：
?
tm?
（TW1?
t2）?
（TW2?
t1）（?
℃ TW1?
t1给热系数：
努赛尔数：
Nu=?
m?
℃-1?
2A1?
?
2cp?
5?
普朗特数：
Pr?
10雷诺数：
Re= du?
=?
=15454-?
10对流给热系数测定实验——XXX Nu/?
，Nu/理论值?
=空气强化传热给热系数实验数据 蒸汽压力：
，=，=，A1=?
2m2,?
P孔板压降，qv?
0管路压降，qv?
0壁温=℃，C0=，A0=?
4m2。
空气强化传热给热系数 对流给热系数测定实验——XXX 原始数据：
进口序频率气号/Hz温t1/℃出口气温t1/℃孔板压壁温2降tw,2/ΔP℃孔板壁温1tw,1/℃管路压降ΔP管路/kPa/kPa测量点表压p/kPa测量测量点点密流量度3-qv/m?
m工作点温度t/℃ 工作点表压p/kPa工作点密工作点粘度度ρ/kgμ/Pa?
s-3?
m工作点热导率-1λ/W?
℃工作点比热容-1cp/J?
kg-1?
℃工作点流量3-qv/m?
h1工作点气速-u/m?
s1热流量Q/W对数平均给热系温差数-2Δα1/W?
-1tm/℃℃Nu/PrReNu/4标准值123456789101112 +03+03+03+03+03+03+03+03+03+03+03+03 128491723519571216692536827364294253051333886370243913240074 对流给热系数测定实验——XXX 计算举例：
测量点表压：
p测量点=?
p孔板2+?
p管路=+=kPa2测量点密度：
℃22?
p管路2==kPa2工作点表压：
p工作点=工作点密度：
1 热关系图，如下：
Nu/?
※实验结果讨论※ 从图中可以看出，不管传热是否被强化，Nu/Pr～Re关系曲线的线性都非常好，说明当流体无相变时，用量纲分析法推导出的对流传热准数关系式 Nu=ARemPrn的准确性是很好的。
从图中可以看出，在相同的雷诺数下，加混合器后的Nu/值比未加混合器时的大，因为Pr和热导率λ在实验条件下变化很小，Nu=αd/λ知，加混合器强化传热后，传热膜系数α变大。
说明增大加热流体的湍动程度可以强化传热。
实验中加入混合器后，空气的出口温度明显变高，但孔板压降则迅速降低，说明实验中，传热效果的提高是以增大流动阻力为代价的。
及可知，直线斜率即为雷诺数Re的指数，而截距即为lgA,将未强化时的Nu/～Re的关系曲线进行拟合得α=；
m=，与公认的关联式有一点偏差。
将加混合器强化时的Nu/～Re的关系曲线进行拟合得α=；
m=。
七、思考题：
1、本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度？
为什么？
对流给热系数测定实验——XXX 答：
接近蒸汽温度。
管壁温度应接近于蒸汽温度。
对于定态传热过程，Q=KA=α1A1（T-Tw）= α2A2（t-tw）。
实验过程中，铜管换热壁很薄且热导率很大，则可以近似的看做管壁两侧温度基本不变，即tw=Tw,上式可以简化成 可知传热面两侧温差之比等于两 侧热阻之比。
因为水蒸气对流给热系数α1约为10000，空气的对流给热系数α2约为100，α1α2，则Tw 即壁温总是接近于热阻较小，即对流给热系数较大一侧流体的温度。
因此管壁温度更接近于蒸汽温度。
2、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α的关联式有无影响？
说明原因。
答2A2?
tm，其中Q=，A2=，?
℃，可求出K2=?
m2?
℃?
1。
空气一侧热阻占总热阻的百分数为 1?
100%=%。
、设蒸汽温度恒定，换热器入口空气温度不变，当空气流量增大后，壁温和出口温度有什么变化？
答：
蒸汽温度T恒定，即蒸汽与冷空气交换的热流量Q一定。
Q=qmcp2（t2-t1）=α1A1（T-Tw）当流量增大、cp2、Q恒定时，温差随着减小，在换热器入口温度不变的情况下，出口温度降低。
传热系数α1与质量流量的次方成正比，因而流速增大时，α1变大。
Q恒定，A1恒定，T恒定，则壁温降低。
5、横向比较8套设备的强制对流给热实验数据，发现测量得到的据Nu= 计算得到）小1020%,原因是什么？
比经验值实验数据处理时，将空气当成理想气体来计算。
而理论中空气与理想气体存在一定 的偏差，导致α1比经验值偏低。
对流给热系数测定实验——XXX 通入气体中的不凝性气体没有完全排出，降低传热效率。
实际总的传热系数K包括管外侧、内侧的污垢热阻以及管壁热阻，在实际计算中 都给忽略不计了，导致传热系数减小。
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