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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热系数a，
2、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 RePro.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Pr0.4 Rem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
3、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 =如,Pr =甲,Nu 卑卩九九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 传热膜系数，W/(m2C)；Q传热量，W；A总传热面积，m2；tm管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，c。 传热量可由下式求得Q 二 Wc （t -1 ）/3600 二 p Vc （t -1 ）/3600p 21s
4、 p 21式中，W质量流量，kg/h；cp流体的比定压热容，J/ （kgC）；t1zt2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 = 26.2Ap 0.54s式中，Ap孔板流量计压降，kPa； Vs空气流量，m3/h。四装置和流程T亠978 斗图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-蒸汽发生器，11-补水漏斗，12-补水
5、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），测温 计放回中间位置，重复第 5 步，记录68
6、 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/c2进出口平均温度/c壁温tW/c壁温Tw/c平均壁 温
7、c孔板 压降A p/kPat /cm密度P kg/m3粘度 u/uPa*s14733.3063.3048.30100.0099.8099.903.7550.111.09919.5224436.1065.4050.75100.0099.8099.903.2947.661.09119.6434136.9066.4051.65100.00100.00100.002.8746.811.08819.6843836.9066.7051.80100.10100.00100.052.4946.681.08719.6953536.1066.8051.45100.20100.00100.102.1246.991.
8、08819.6763034.1066.5050.30100.20100.20100.201.5748.091.09219.6272532.9066.8049.85100.20100.30100.251.1248.441.09419.5982132.0067.2049.60100.20100.50100.350.8048.651.09419.5891731.3067.7049.50100.20100.30100.250.5448.491.09519.58101330.6068.4049.50100.30100.30100.300.3448.361.09519.58体积流量m3/h流速Um/s传热
9、 量Q热导1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53.49147.30516.430.028153267.85131.2193.4330.69660.8654107.9691.15349.84144.07465.740.028348945.65124.4388.0330.69620.8651101.7571.14246.29740.94434.460.028345238.28118.1783.4090.69600.865096.4221.13942.87937.91406.470.028341863.39110.8878.2330.6
10、9590.865090.4401.13939.31234.76384.910.028338455.23104.2973.6530.69600.865185.1421.14233.42629.56347.640.028232908.1292.0365.1900.69620.865275.3491.15027.85324.63304.260.028227491.3179.9856.7180.69630.865265.5531.15423.22620.54264.200.028222956.7869.1549.0720.69640.865256.7151.15818.78416.61221.460.
11、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 = 26.2 x 3.750.54 = 53.491m3 /h流速： qv4 x 53.491U = dT = 3.14 x 0.022 x 3600 = 47.30m/s定性温度下： 密度：由经验公式可得P = 50 - 483 x 1.12850 - 40x 1.093 = 1.009 m3/炮粘度：卩=50 48
12、.30 x 19.1 - 40 48.30 x 19.6 = 19.52Pa - 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 = 40 33.30 x 1.165-30-33.30 x 1.128 = 1.153m3 /kg40 3040-30传热量：Q=Wc (t t )/3600=pVc (t t )/3600p 21s p 21=1.009 x 53.491 x 1005 x (63.30 33.30)/3600 = 516.43W平均壁温：T = !(T + T ) =1 (
13、100.00 + 99.80) = 99.9Cw 2 w1w 22管壁温度与管内流体温度的对数平均温差：t t 63.30 33.30At =21 = 50.11Cm i T t 99.90 33.30ln 1- InT t 99.90 63.30 w传热膜系数：Q = a A Atm516 .433.14 x 0.02 x 1.25 x 50.11 = 131 .21W /m C雷诺数：Re =罟0.02 x 仃30 x LO。9 = 53267.8519.52 x10 -6普朗特准数：1005x19.52x106=0.69660.0281努塞尔准数：NuNu/Pr0.4Nu 占=13121 x .2 = 93.433九 0.028193.433=107.969Pr0.0.69660.2. 加强传热管强化传热Cp=1005J/(kgK)序 号频 率 /Hz空气 入口 t /c空气 出口 t /c o进出口 平均温 度壁温tw/c壁温Tw/c平均壁 温c孔板 压降A p/kPat /cm密度p
