最新7thKing传热膜系数汇总.docx
《最新7thKing传热膜系数汇总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新7thKing传热膜系数汇总.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
最新7thKing传热膜系数汇总
7thKing传热膜系数
化工原理实验报告
报告摘要：
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。
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。
一、实验目的
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、n的方法；
3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。
二、基本原理
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：
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。
三、装置说明
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。
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
四、操作流程
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（红色按钮熄灭，绿色按钮亮，以下同）。
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（8～10次），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0.1kpa。
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。
五、实验数据处理
本实验内管内径为0.020m，有效长度为1.25m。
（1）实验记录的数据
（2）由数据求得空气的特性温度进一步查表格得出以下数据
备注：
密度ρ由管路的入口温度查表得到，其他数据由特性温度查表得到！
！
！
！
！
（3）由前两步得到的数据进行计算得到以下表格
以第一组数据为例计算如下：
特性温度
oC
对数平均温度
℃
空气流量
m3/h
传热量
传热膜系数
w/（m2·℃）
努塞尔准数
普朗特准数
雷诺数
以第一组数据为例计算如下：
特性温度
oC
对数平均温度
℃
空气流量
m3/h
传热量
传热膜系数
w/（m2·℃）
努塞尔准数
普朗特准数
雷诺数
六、实验结果：
由以上数据可作出Nu/Pr^0.4与Re关系图，如下：
数据拟合:
得到m=0.8116A=
强化
得到m=0.8172A=
七、结果讨论：
（1）从图中可以看出，不管传热是否被强化，Nu/Pr0.4～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（在强制对流即忽略Gr影响时）的准确性是很好的。
（2）从图中可以看出，在相同的雷诺数下，加混合器后的Nu/Pr0.4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，由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。
（3）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。
八、误差分析
系统误差，人为操作所造成的误差，在数据处理过程中有效值得取舍带来的误差等等。
九、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：
壁温接近于蒸气的温度。
可推出此次实验中总的传热系数方程为
其中K是总的传热系数，α1是空气的传热系数，α2是水蒸气的传热系数，δ是铜管的厚度，λ是铜的导热系数，R1、R2为污垢热阻。
因R1、R2和金属壁的热阻较小，可忽略不计，则Tw≈tw，于是可推导出
显然，壁温Tw接近于给热系数较大一侧的流体温度，对于此实验，可知壁温接近于水蒸气的温度。
3、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α的关联有无影响？
答：
没有影响。
因为本实验采用的是量纲分析法，蒸气的压强变化会同时反应在雷诺数Re、流量qv、传热膜系数α、努塞尔准数Nu等数据上，可以得到不同Re值下的Nu/Pr0.4值，所以仍然可以进行关联。
5、以空气为介质的传热试验中雷诺数Re应如何计算？
答：
有进出口温度计算定性温度，在计算Re
升级会员 