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1、3 1.2. 管内强化传执八、传热膜系数的测定报告1长江大学化工原理实验报告实验名称：班 级：姓 名:同组人员：指导老师：实验日期：传热膜系数的测定应化11002班李明杰李强、李双华、李俊尧 吴洪特20XX年5月12日1目录一、 实 验 目 的 及 任务3二、 基 本 原理套管式传热膜系数5流程说明.5四、实 验 步骤.5五、实验数据记录与处理.6普通传执/、 17普通传热：以第三组为例.8 强化传执：八、以第四组为例.9六、注意事项.9七、实验结果分析与讨论.9八、思考题.录102传热膜系数的测定一、实验目的及任务I .通过掌握传热膜系数的测定方法，并分析影响的因 素。n.掌握确定传热膜系数
2、特征数关联式中的系数A和指数m n的方法；用图解法和线性回归对i的实验数据进行处理，求关联 Nu=中常数A、m的值。川.通过对管程内部茶油螺旋形麻花铁的空气一水蒸气 强化套管换热器的实验研究，测定其/Nu特征数关联式 NuBRe中常数B、m的值和强化比N, 了解强化传热的基本理论 u和基本方式。IV .测定56个不同流速下套管换热器的管内压降p。并在同一坐标系下绘制普通套管与强化管的关系曲线。比较试 验结果。pp1Nu2NuV .学会测温热电偶的工作原理、使用 方法。m二、基本原理1.套管式传热膜系数的测定对流传热的核心问题是求传热膜系数，当流体无相变化时对流传热特征数关联式一般形式为：Nu=
3、ARePrGr(式 I )对强制湍流，Gr数可以忽略，Nu=o本实验中可用图解法和最小二乘法计算特征数关联式中的指数m n和系数Ao本实验中流体被加热 n=4.两边取 对数，得到直线方程：IgNulgAmlgRe在双对数坐标系中作 图，找出直线斜率，即为方程的指数m在直线上任务一点的函数值代入方程中得到系数A,即ANu1用图解法，根据试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。应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m n 雷诺数：Redv/;努赛尔数：Nud/;普兰特数：PrCp/ ; 本 实验中改变空气的流量以改变Re之值。根据定性温度计算对应的
4、Pr值。同时牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热 膜系数值，进而算得Nu因为空气传热膜系数1远小于蒸汽传热膜系数2，所以传热管内的对流传热系数约等3于冷热流体间的总传热系数K即k，则有牛顿冷却定律 ： QAtm , 其 中 tmt2t1 t2lnt1 传热量 QWcp(t2t1)/3600vscp(t2t1)/3600空气体积有孔板流量计测得：Vs2.管内强化传热系数的测定本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋形麻花铁的方法来强化传热。在近壁区域，流体一面于螺旋形麻花铁的 作用而发生旋转，一面还周期性地受到螺旋形金属的扰动， 因而可以使传热强化。强化传热时NuBRe其中B、m的值因螺旋形麻花铁的尺
5、寸不同而不同。同样可用线性回归的方法 确定B和m的值。显然，强化 Nu/Nu1，它的值越大，强化效 果越好。,m 4三、实验装置与流程实验装置1、蒸汽发生器2、蒸汽管3、补水口4、补水阀5、排水阀6、套管换热器7、放气阀&冷凝水回流管9、空气流量调节阀10、压力传感器11、孔板流量计12、空气管13、风机流程说明空气走内管，蒸汽走环隙。内管为黄铜管，冷空气风机输送，经孔板流量计计量后，进入换热器E01(E02)内管，并与套管环隙中蒸汽换热。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M01上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再有回流管返回蒸汽 发生器。放空阀门
6、用于排放不凝性气体。在铜管之前设有一 定长度的稳定段，是为消除端效应。铜管两端用塑料管与管 路相连，用于消除热效应。四、实验步骤I. 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。n.检查蒸汽发生器中水位，务必使蒸汽发生器液位保 持在的高度，液位过高，则水会溢入蒸汽套管；过低，则 可能烧毁加热器。 川.打开电源总开关IV .实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，接通蒸汽发 生器的加热电源，待蒸汽产生后开启风机，并打开放气阀。V .调节空气流量，要做到心中有数，为保证湍流状态， 孔板压差计读书不应从 0开始。最低不应小鱼。实验中要合 理取点，以保证数据点均匀。W.将空气流量控
7、制在某一值。待仪表数值稳定后，记 录数据；切记每改变一个流量后，应等到读数稳定后再测取 数据，改变空气流量，重复试验，记录数据5VD .最小、最大流量值一定要做忸.转换内容，进行强化套管换热器的实验，测定8-10组数据。IX .实验结束后，先停蒸汽发生器电源，过5分钟后关闭风机，并将旁路阀全开。清理现场。X .切断总电源五、实验数据记录与处理普通传热管内径d= 管长l=孔板压Vs Q a降/Kpa冷气人口 t1 空气出口 t2 80 79壁温T1壁温T2 Nu Re Pr100冷气人口 t1 59.强化传热管径d=管长l=麻花铁物8 =4mm间距H=共六节 孔 空板气壁温壁温压出 Vs Q a
8、 Nu Re Pr T1 T2 降口 /Kpt2 a4 3 5 01 62 8 96 6269 299 2 3 9744 63 2 814 7463普通传热图可知 m=k= A=10A-=强化传热 m=k=,A=10A-=线性表对数表：7 PNu图：普通传热强化传热计算举例：普通传热：以第三组为例空气定性温度：t=(t1+t2)/2=对数平均温度：t m= 密度：*t=/m3 黏度：/100000= 热导 率：=/100=/ 流量：Vs=*A=A3/h 流速：u=*A/(*dA2)/3600 =*a/(*a2)/3600=a3/sCp*(.653*106*t2T09*t3*1012*t4/29
9、)*1000=1025/A-化八-1 传热量： Q=密度 *A*(t 出一t 入)*Cp/3600=* a*1013/3600= 传热膜系数a=Q/t m/(*d*l)=/(*)=/mA2*kNu准数：Nu=a*d/=*/二Re准数：Re=d*密度*流速/黏度=*/=Pr准数：Pr=*t/10000= 8强化传热：以第四组为例空气定性温度：t=(t1+t2)/=对数平均温度：t m= 密度：*t=/m3黏度：/100000=热导率：=/100=/ 流量：Vs=*A=A3/h流速：u=*A/(*dA2)/3600=*a/(*a2)/3600=a3/s传热量：Q=密度 *A*(t出一t入)*Cp/
10、3600=* a* *1013/3600=传热膜系数 a=Q/t m/(*d*l)=/(*)=/mA2*k Nu准数：Nu=a*d/=*/=Re准数：Re=d*密度*流速/黏度二*= Pr准数：Pr=*t/10000=六、注意事项1.蒸汽发生器液位一定不要太低，以免烧损加热器；2.风机不要在出口阀关闭下长时间运行；3.不凝气排放阀在实验过程中应始终微开；4.调节空气流量时，要做到心中有数，为保证湍流状态，孔板流量计压差可在30-300mmH20之间调节；5.切记每改变一个流量后，应等到数据稳定后再测取数 据七、实验结果分析与讨论 图可见，实验值与理论值之间还是存在一些误差，产生的原因可能有：1
11、.实验仪器自身存在误差2点的取舍问题，把实验中误差大的点直接删除了，可 能会对实验结果有一定的影响。3.温度可能有点小问题，前阶段窗子是封闭的，之后于 太热将窗子打开，可能会对实验结果有一定的影响八、思考题1. 本实验中管壁温度应接近加热蒸汽温度还是空气温 度？为什么？答：接近接近加热蒸汽。蒸汽在管壁上凝结，凝结过程 温度基本不变，故而管壁温度接近加9热蒸汽。2. 冷凝下来的蒸汽为什么要及时排出？否则会导致什么结果？答：因为冷凝的蒸汽若不及时排出将吸收一定热量，并 使传热膜增厚，使传热效果降低，故而应及时将其排除。3. 强化传热要以什么为代价？答：强化传热要以更多的能量损失作为代价。4 .实验中，所测温度的壁温靠近蒸汽侧温度还是靠近 冷流体测温度？为什么？答：靠近蒸汽温度。因为蒸汽冷凝传热膜系数远大于空气膜系数5如果采用不同压强的蒸 汽进行试验，对a关系式有何影响 答：压强增大对 a关联 式基本没有影响。实验中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降 低传热速率。在管外最低处设置排水口，及时排走冷凝水九、附录10
