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1、传热膜系数测定实验实验日期：2010/12/9班级:姓名：学号:同组人:实验装置：一. 报告摘要本实验以套管式换热器为研究对象，并用常压下100C的水蒸汽冷凝空气来 测定传热膜系数，通过实验掌握传热膜系数及传热系数的测定方法，并确定传热 膜系数准数关系式中的系数及分析影响传热膜系数的因素。关键词：传热膜系数a传热系数K努赛尔数Nu,雷诺数Re,普朗特准数Pr二. 目的及任务1. 掌握传热膜系数a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 的方法；3. 通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响 a 的因素。三. 基本原理对流传热的核心问题是求算传
2、热系数a,当流体无相变时对流传热准数关系式的 一般形式为Nu = A Re m Pr n Gr p对于强制湍流而言，Gr数可忽略，即Nu = A Re m Pr n本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数 m 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。在两边取对数，得到直线方程为lg= lg A + m lg RePr 0.4在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点函 数值代入方程中，则可得到系数A，即NuPr0.4 Rem用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性
3、。而用最小二乘法回归，可 以得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，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。其特征数定义式分别为Re =竽，Pr =字，Nu 琨实验中改变空气的流量，以改变 Re 值。根据定性温度计算对应的 Pr 值。同时， 由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得 Nu 的值。 牛顿冷却定律为Q = a AAtm式中a一一传热膜系数，W/(m2C)；Q一一传热量，W；A一一总传热面积，m2；At 管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，C。m传热量可由下式求得Q 二 Wc （t -1 ）/3600二
4、 pVc （t -1 ）/3600p 2 1 s p 2 1式中，W质量流量，kg/h；c流体的比定压热容，J/ （kgC）；pt”t2流体进，出口温度，C；P定性温度下流体密度，kg/m3；V流体体积流量，m3/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Ap的关系为V 二 26.2Ap0.54s式中，Ap孔板流量计压降，kPa；V空气流量，m3/h。S四. 装置和流程图 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-不凝性气体放空阀，9-冷凝水回流管， 10
5、-蒸汽发生器，11-补水漏斗，12-补水阀，13-排水阀五. 操作要点1. 实验开始前，先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系，以免误触他人按钮。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（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，再接通蒸汽发生器的加热电 源，打开放气阀（已打开）。5. 将空气流量控制在某一值（从大流量开始） 。待仪表数值稳定（不少于3 分钟）后，记录数据，改变空气流量，由大流量到小流量，重复实验，测定并记录810 组数据。6. 加强传热，先抬高测温计，在管路中加入麻花铁（固定好，避免出来）
6、，测温 计放回中间位置，重复第 5 步，记录 68 组数据。7. 实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。 注意事项：1. 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。2. 调节空气流量时，要做到心中有数，为保证湍流状态，孔板压差读书从大流量 时开始，最低不小于0.2kpa。实验中要合理取点，以保证数据点均匀。3. 切记每改变一个流量后，应等到读数稳定后（约 3 分钟）再测取数据。4. 结束时先停加热电源，再停风机。六. 数据处理 ：1. 光滑管光滑管数据Cp=1005J/(kg K)序 号频 率/Hz空气入口t/C1空气 出口 t/C
7、2进出口平均温度/C壁温tW/C壁温TW/C平均壁 温C孔板压降 p/kPat /cm密度Pkg/m3粘度M /|J Pa *s14733.3063.3048.30100.0099.8099.903.7550.111.09919.5224436.1065.4050.75100.0099.8099.903.2947.661.09119.6434136.9066.4051.65100.00100.00100.002.8746.811.08819.6843836.9066.7051.80100.10100.00100.052.4946.681.08719.6953536.1066.8051.4510
8、0.20100.00100.102.1246.991.08819.6763034.1066.5050.30100.20100.20100.201.5748.091.09219.6272532.9066.8049.85100.20100.30100.251.1248.441.09419.5982132.0067.2049.60100.20100.50100.350.8048.651.09419.5891731.3067.7049.50100.20100.30100.250.5448.491.09519.58101330.6068.4049.50100.30100.30100.300.3448.3
9、61.09519.58体积流量m3/h流速Um/s传热 量Q热导 率入W/mK雷诺数Re传热膜 系数aW/m2-CNuPrPr0.4Nu/Pr0.4进口空气 密度53.49147.30516.430.028153267.85131.2193.4330.69660.8654107.9691.15349.84144.07465.740.028348945.65124.4388.0330.69620.8651101.7571.14246.29740.94434.460.028345238.28118.1783.4090.69600.865096.4221.13942.87937.91406.470.
10、028341863.39110.8878.2330.69590.865090.4401.13939.31234.76384.910.028338455.23104.2973.6530.69600.865185.1421.14233.42629.56347.640.028232908.1292.0365.1900.69620.865275.3491.15027.85324.63304.260.028227491.3179.9856.7180.69630.865265.5531.15423.22620.54264.200.028222956.7869.1549.0720.69640.865256.
11、7151.15818.78416.61221.460.028218577.3958.1441.2720.69640.865347.7001.16014.63212.94179.540.028214470.7447.2733.5510.69640.865338.7761.163以第一组数据为例，体积流量： V =26.2Ap0.54=26.2x3.750.54 = 53.491m3 /h s1流速：q = 兀d 2 uv44 x 53.491u = = 47.30m / s兀d23.14x 0.022 x 3600定性温度下： 密度：由经验公式可得P = 50 - 48.30 x 1.12850
12、 - 4040 48 .30 x 1.093 = 1.009 m3/kg50 40粘度：卩二 50 48.30 x 19.1 - 40 48.30 x 19.6 二 19.52pPa - s50 4050 40热导率：九二(2.4513 + 0.0074 x 48.30) x 10-2 二 0.0281W /m - k空气进口温度下密度：P 二 40-33.30 x 1.165- 30-33.30 x 1.128 二 1.153m3 /kg40-3040-30传热量：Q=Wc (t t )/3600=PVc (t t )/3600p 21s p 21二 1.009x53.491 x 1005
13、x (63.30 33.30)/3600 二 516.43W11平均壁温：T = (T + T ) = (100.00 + 99.80) = 99.9C w 2 w1w 22管壁温度与管内流体温度的对数平均温差：At =mt t63.30 33.3021 = 50.11C、T t 99.90 33.30ln 1 lnT t 99.90 63.30 w传热膜系数：Q 二 a AAt516 .433.14 x 0.02 x 1.25 x 50.11 = 131 .21W /m C雷诺数：Re = dup0.02 x 4730 x LO。9 = 53267.8519.52x10-6普朗特准数：C卩Pr = p 尢1005x19.52x106=0.69660.0281努塞尔准数：adNu 二 九93.433r 二 93.433NuNu/P4 兄 0.69660.4二 107.969
