传热膜系数测定实验报告要点Word格式文档下载.docx

1、1?A1?（tw,1?t1）?（tw,2?t2） tw,1?t1lntw,2?t2 式中： 内表面给热系数，W/（m2）；Q传热量，W；A总传热面积m22； tm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/（kgt1、t2流体进、出口温度；定性温度下流体密度，kg/m33；V流体体积流量，m33/h。 通过测量p、t1、t2、tw1、tw2，并根据定性温度/2和设备尺

2、寸计算Cp1、A1，即可确定1。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?1 m?h ?空气，工作点 式中：p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tm。于套管换热器

3、内表面热阻1/?1 远远大于壁阻?/?铜及外表面热阻1/?2Q。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

4、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020kpa。 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

5、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1/22/3。 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

6、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/P 孔板进口出口

7、壁温序频率 气温 气温 1 t1/tw,1/号 /Hz t1/ 管路压降 P管路/kPa /kPa 测量点表压 p/kPa 测量测量点点密流量 度 3-qv/m?h/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 /Pa?s /kg?-3m 工作点热导率 -1 /W?m-1? 工作点比工作点热流量 容 3-qv/m?hcp/J1 ?-1kg?-1 1002 1002 1002 1002 1002 1002 1002 1002 1002 1002 1002 1002工作点气速 -u/m?s1 热流量 Q/W 对数平均给热温差 系数 -1/W?m2-1tm/?

8、Nu Pr Re Nu/Pr4 / 标准值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 125 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 515454 17846 19696 24196 28018 31189 34288 39514 4194344099 49878 57376 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

9、=?p管路= kPa 22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?（?）? W 3600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

10、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/P 孔板壁温1 tw,1/ 管路压降 P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 /kg/Pa?s -3?m 工作点热导率 -1 /W? 工作点比热容 -1cp/J?kg-1? 工作点流量 3-qv/m?h1 工

11、作点气速 -u/m?s1 热流量 Q/W 对数平均给热系温差 数 -21/W?-1tm/ Nu/ Pr Re Nu/ 4 标准值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12+03 +03 +03 +03 +03 +03 +03 +03 +03 +03 +03 +0312849 17235 19571 21669 25368 27364 29425 30513 33886 37024 39132 40074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=+= kPa 2测量点密度： 22?p管路2= kPa 2工作点表压：p工作点=工作点密度：1 热

12、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/PrRe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和热导率在实验条件下变化很小，Nu=d/知，加混合器强化传热后，传热膜系数变大。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

13、化时的Nu/Re的关系曲线进行拟合得=；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=；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=1A1（T-Tw）= 2A2（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1约为10000，空气的对流给热系数2约为100，12，则Tw即壁温总是接近于热阻较

14、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）=1A1（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1与质量流量的次方成正比，因而流速增大时，1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1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。