北京化工大学应用化学传热实验报告.docx
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北京化工大学应用化学传热实验报告
北京化工大学
化工原理实验报告
实验名称：
传热膜系数测定实验
班级：
应化1105
姓名：
学号：
序号：
同组人：
设备型号：
实验日期：
2013-11-13
一、实验目的
1、测量空气在圆直管内的强制湍流给热系数al，确定al的关联式
2、测量空气在圆直管内的强化传热给热系数al'，确定al’的关联式
二、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包含热传导、对流过程，称为对流给热。
本实验采用套管换热器，管程走空气，发生强制对流给热;壳程走热水蒸汽，发生蒸汽冷凝给热;管壁发生热传导。
内表面热阻1/al远远大于壁阻8/},}及外表面热阻1/az，因此本实验主要测定强化前、后的a1。
1、根据牛顿冷却定律测量a1.
牛顿冷却定律:
q=a1（tw一t}
实验需测量qm1、t,,tz,tWl,tW2，并根据定性温度（t,+tz）/2和设备尺寸计算出CP.1.P、A1即可确定a1。
根据图3-3可知，空气侧的的截面温度变化很大，测量t1,t2时，温度计要放管道中心才能测出主体温度，否则误差很大。
四、实验流程和设备
1、风机2、空气流量调节阀3、孔板流量计（（do20mm）4、补水阀5、水蒸汽发生器6、进口振度计7,1#壁面温度计8、套管换热器9、2#壁面温度计10、不凝气放空阀11、出口温度计
TICO1一加热器壁温，℃;PI02一管路压降，kPa;TI04一蒸汽进口温，℃;PI05一孔板压降kPa;TI06一蒸汽出口壁温，℃;
PIC07一壳程蒸汽压力，kPa;TI08一空气出口温度，℃。
实验介质:
水蒸汽、空气。
研究对象:
套管换热器
内管:
黄铜材质，直径27X3.5mm，长1.25m;
外管:
硬质钢化玻璃，直径57X3.5mm，可视段长0.8m;
静态混合器:
正、反螺旋结构交替排列，可自由放入内管。
仪器仪表:
风机，XGB-ll，最大静风压17kPa，最大流量1OOm3"h-';
蒸汽发生器，1.5kW,可根据蒸汽用量的大小自动调整加热;
孔板流量计，do=20.0mm，精度等级2.5;
温度计Pt100、热电偶，0~200C，精度等级分别为0.2,0.5
孔板压差传感器，WNKB8型，0-20kPa，精度等级0.2;
显示仪表:
AI-518等，精度等级0.1，用法见教材附录;
变频仪:
西门子MM420型，用法见教材附录。
控制系统:
控制电柜+电脑+数据采集软件，380VAC+220VAC。
五、实验操作
1、开补水阀向蒸汽发生器内加水至4/5液位计高度，关闭该阀门;
2、按下控制柜对应设备的加热、风机按钮，检查出口温度计顶端位于中心位置;
3、开电脑运行软件，同时启动风机30Hz以上，短时间观察思考题5中提到的象;
4、等待壁温达到100℃左右且稳定不变后，通过仪表修正孔板压降零点和壁温;
5、电脑控变频仪改变流量，要求每个点稳定约2分钟再记数据，孔板压降大于0.15kPa,通过软件点击“查看数据\实验结果”，发现不合理点应删除重做;
6、做强化传热实验时，先通过电脑停风机，再向上拔出口温度计，然后旋转放入混合
实验数据表格及计算举例
1、空气强制湍流给热系数实验数据
ΔP孔板,0
ΔP管路,0
0.00
0.00
序号
进口温度
t1/℃
出口温度
t1/℃
壁温1
tw,1/℃
壁温2
tw,2/℃
孔板压降
ΔP孔板/kPa
管路压降
ΔP管路/kPa
1
30.0
75.0
100.3
100.1
0.20
0.34
2
29.0
66.6
100.3
100.0
0.30
0.47
3
28.5
65.9
100.4
100.0
0.40
0.61
4
28.3
65.5
100.3
100.0
0.50
0.72
5
28.3
65.1
100.4
99.9
0.60
0.85
6
28.4
64.9
100.3
99.9
0.70
0.97
7
28.7
64.9
100.4
99.9
0.80
1.09
8
29.4
64.9
100.4
99.9
0.90
1.21
9
29.8
64.9
100.4
99.9
1.00
1.31
10
30.8
65.0
100.4
99.9
1.20
1.56
11
32.0
65.4
100.4
99.8
1.40
1.77
12
33.6
65.8
100.4
99.8
1.60
2.01
13
36.4
66.8
100.4
99.8
1.80
2.46
14
40.1
68.1
100.4
99.8
2.36
l/m
d1/m
d2/m
A1/m2
A2/m2
Am/m2
1.250
0.0200
0.0270
7.854E-02
1.060E-01
9.160E-02
工作点流量
qv2/m3•h-1
工作点温度
t/℃
工作点压力
p/kPa
工作点密度
ρ/kg•m-3
工作点粘度
μ/Pa•s
工作点热导率
λ/W•m-1•℃-1
12.3
30.0
0.44
1.165
1.860E-05
2.673E-02
15.0
29.0
0.62
1.165
1.855E-05
2.666E-02
17.4
28.5
0.81
1.165
1.853E-05
2.662E-02
19.4
28.3
0.97
1.165
1.852E-05
2.661E-02
21.3
28.3
1.15
1.165
1.852E-05
2.661E-02
23.0
28.4
1.32
1.165
1.852E-05
2.661E-02
24.5
28.7
1.49
1.165
1.854E-05
2.664E-02
26.0
29.4
1.66
1.165
1.857E-05
2.669E-02
27.4
29.8
1.81
1.165
1.859E-05
2.672E-02
30.1
30.8
2.16
1.165
1.864E-05
2.679E-02
32.5
32.0
2.47
1.165
1.870E-05
2.688E-02
34.7
33.6
2.81
1.165
1.878E-05
2.700E-02
36.8
36.4
3.36
1.165
1.892E-05
2.721E-02
42.1
40.1
4.00
1.128
1.911E-05
2.748E-02
δ/m
λ黄铜/W•m-1•℃-1
p蒸汽/kPa
t壁温/℃
0.0035
85.5
0.70
100.6
工作点比热容
cp/J•kg-1•℃-1
工作点气速
u/m•s-1
热流量
Q/W
对数平均温差
Δtm/℃
给热系数
α1/W•m-2•℃-1
2.400E-01
9.9
154.4
44.0
53.3
2.400E-01
12.1
158.0
50.1
47.9
2.400E-01
13.9
181.5
50.8
54.2
2.400E-01
15.6
201.8
51.0
59.9
2.400E-01
17.1
218.7
51.3
64.6
2.400E-01
18.4
234.3
51.4
69.2
2.400E-01
19.7
248.4
51.3
73.4
2.400E-01
20.9
258.4
51.0
76.8
2.400E-01
22.0
269.3
50.9
80.3
2.400E-01
24.1
287.4
50.4
86.5
2.400E-01
26.1
303.2
49.6
92.7
2.400E-01
27.9
312.5
48.7
97.3
2.400E-01
29.6
312.9
46.9
101.1
2.400E-01
33.8
319.5
44.6
108.6
Nu
Pr
Re
Nu/Pr0.4
41.8
0.000
12960
1357.1
37.7
0.000
15912
1222.7
42.8
0.000
18398
1386.4
47.3
0.000
20581
1534.3
51.0
0.000
22545
1653.5
54.6
0.000
24345
1770.1
57.9
0.000
26005
1877.3
60.4
0.000
27530
1959.7
63.1
0.000
28988
2046.7
67.8
0.000
31669
2198.8
72.4
0.000
34097
2348.2
75.7
0.000
36296
2454.3
78.0
0.000
38213
2531.1
83.0
0.000
41955
2692.7
序号
频率
/Hz
进口温度
t1/℃
出口温度
t1/℃
壁温1
tw,1/℃
壁温2
tw,2/℃
孔板压降
ΔP孔板/kPa
管路压降
ΔP管路/kPa
1
35.5
72.6
100.3
100.0
0.20
1.48
2
35.0
75.9
100.4
100.0
0.30
2.12
3
34.5
76.5
100.3
100.0
0.40
2.77
4
34.1
76.5
100.3
99.9
0.50
3.36
5
34.2
76.5
100.4
99.9
0.60
4.01
6
35.5
76.6
100.4
99.9
0.70
4.62
7
36.3
76.9
100.4
99.9
0.80
5.18
8
37.5
77.1
100.4
99.9
0.90
5.82
9
39.4
77.3
100.4
99.9
1.00
6.39
10
43.5
78.1
100.4
99.9
1.21
7.80
工作点流量
qv/m3•h-1
工作点温度
t/℃
工作点压力
p/kPa
工作点密度
ρ/kg•m-3
工作点粘度
μ/Pa•s
工作点热导率
λ/W•m-1•℃-1
12.3
35.5
1.58
1.164
1.855E-05
2.714E-02
15.0
35.0
2.27
1.164
1.853E-05
2.710E-02
17.4
34.5
2.97
1.164
1.852E-05
2.707E-02
19.4
34.1
3.61
1.164
1.852E-05
2.704E-02
21.3
34.2
4.31
1.164
1.852E-05
2.704E-02
23.0
35.5
4.97
1.164
1.854E-05
2.714E-02
24.5
36.3
5.58
1.164
1.857E-05
2.720E-02
26.0
37.5
6.27
1.164
1.859E-05
2.729E-02
27.4
39.4
6.89
1.163
1.864E-05
2.743E-02
30.2
43.5
8.41
1.163
1.870E-05
2.773E-02
工作点比热容
cp/J•kg-1•℃-1
工作点气速
u/m•s-1
热流量
Q/W
对数平均温差
Δtm/℃
给热系数
α1/W•m-2•℃-1
Nu
2.400E-01
9.9
127.2
43.5
44.3
34.3
1.240E+00
12.1
887.4
41.5
324.2
251.2
2.240E+00
13.9
1900.9
41.2
699.9
543.0
3.240E+00
15.6
3103.5
41.3
1139.6
885.2
4.240E+00
17.1
4438.5
41.3
1628.4
1264.5
5.240E+00
18.4
5755.5
40.8
2140.0
1655.9
6.240E+00
19.7
7236.9
40.3
2724.9
2103.8
7.240E+00
20.9
8684.9
39.7
3318.4
2553.7
8.240E+00
22.0
9968.6
38.8
3891.8
2979.7
9.240E+00
24.2
11217.6
36.8
4629.0
3505.3
Pr
Re
Nu/Pr0.4
0.000
12983
1119.6
0.001
15923
4253.6
0.002
18398
7255.5
0.002
20571
10199.4
0.003
22528
13083.8
0.004
24308
15759.3
0.004
25934
18674.0
0.005
27472
21377.3
0.006
28871
23708.3
0.006
31634
26724.9
以第一组数据为例
△tm=
℃=
℃
=0.24*1.86*10^-5/0.0267=0.167
七、实验结果作图及分析
八、思考题
实验思考题
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？
答：
接近蒸汽温度。
因为蒸汽冷凝给热系数远远大于空气给热系数。
2、.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对a的关联有无影响？
答：
由实验经验关联式中可看出，Nu=A•RemPr0.4，细化各个准数，各个因素受温度影响很大，而受压力影响小，且其决定于空气的性质，所以可认为无影响。
3、试估算空气一侧的热阻的百分数。
答：
当忽略污垢热阻，50oC时，热阻计算主要为，则空气热阻比例为，即热阻主要表现为空气热阻
。
4、.管内空气流速对传热膜系数有何影响？
当空气流速增大时，空气离开热交换器的温度将升高还是降低？
为什么？
答：
由经验关联式可以看出，流速增大，雷诺数增大，空气传热系数增大，，K增大，由Q=qmCP（t2-t1）/3600=ρVACp（t2-t1）/3600，Q=KA
，当VA增大且维持Q恒定时，温差随着减小，即出口温度降低
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