1、化工原理实验传热实验报告传热膜系数测定实验（第四组）一、实验目的1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数12、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数13、回归1和1联式中的参数A、a *4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定
2、给热系数。1）寻找影响因素物性：， ，cp 设备特征尺寸：l 操作：u，gT 则：=f（，cp，l，u，gT）2）量纲分析 ML-3，ML-1 T-1，ML T-3 Q-1，cp L2 T-2 Q-1，lL ，uLT-1， gT L T-2， MT-3 Q-13）选基本变量（独立，含M，L，T，Q-热力学温度） ，l，, 4）无量纲化非基本变量 ：Nul/ u: Relu/ cp: Prcp/ gT: GrgT l32/2 5）原函数无量纲化6）实验 NuARea Prb Grc 强制对流圆管内表面加热：NuARea Pr0.4圆管传热基本方程：热量衡算方程：圆管传热牛顿冷却定律：圆筒壁传导热
3、流量：空气流量由孔板流量测量： m3h-1，kPa空气的定性温度：t=(t1+t2)/2 三、实验流程 1、蒸汽发生器 2、蒸汽管 3、补水漏斗 4、补水阀 5、排水阀6、套管换热器 7、放气阀 8、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、风机图1、传热实验流程 套管换热器内管为273.5mm黄铜管,长1.25m,走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走100的热蒸汽。进、出口温度由铂电阻（Pt100）测量，使用时测温点位于管道中心。壁温1、壁温2由热电偶测量，测温点通过锡焊嵌入管壁中心，测量值为壁中心温度。蒸汽发生器加热功率为1.5kW，变频器为西
4、门子420型，风机为XGB型旋涡气泵，最大静风压17kPa，最大流量100 m3/h。此外，还用到了北京化工大学化工原理实验室开发的数据采集与控制软件。四、实验操作1、检查蒸汽发生器中的水位，约占液位计高度4/5左右，如不够需加水；2、按下总电源、加热器、风机绿色按钮，开仪表开关，等待20分钟套管间充满水蒸汽；3、约到15分钟时，观察壁温1、壁温2的变化以及水蒸汽的滴状冷凝情况；4、当有蒸汽和不凝性气体从套管间排出时，全开流量调节阀，用鼠标点击上图中绿色按钮启动风机预热设备5分钟；5、通过计算机间隔34Hz调节频率105010Hz，每个点稳定约1.5分钟记录数据，注意随时查看结果，调整布点及发
5、现错误等；6、加入静态混合器进行强化传热实验，先将出口温度计拔出，旋转放入混合器，再将温度计放回中心位置。调节频率1050Hz，孔板压降最小值大于0.1kPa；7、测完数据关风机，2分钟后，检查壁温100基点偏差；8、关闭加热器，与6步相同取出静态混合器放好，检查液位加水，关闭计算机。五、实验数据表1选择上行数据 空气普通对流给热系数表（l=1.25,d=0.020m），100基点= 99.9 序号空气入口温度/空气出口温度/壁温1 T1/壁温2 T2/孔板压降 /Kpa气速 u /m*s-1 空气流量/m3*h-1热流量Q/W给热系数/W*m-2K-1131.262.710099.34.27
6、50.7575 57.3763 558.6280 139.2843 233.764.499.899.43.0442.2494 47.7588 450.1721 117.1391 333.16599.899.5341.9483 47.4184 464.4346 121.0455 431.765.399.999.61.2626.2585 29.6826 306.7519 79.1691 53065.799.899.70.7619.9852 22.5913 248.5715 63.6042 629.16610099.70.4815.5933 17.6267 200.6565 51.0682 728.
7、366.599.899.80.3212.5271 14.1606 166.9580 42.5449 827.766.999.899.80.2310.4810 11.8477 143.3902 36.5596 92767.1100.199.80.158.3207 9.4057 116.5407 29.5372 1026.566.599.899.80.2310.4810 11.8477 146.6870 36.8588 1126.166.810099.80.199.4536 10.6863 134.6444 33.7912 NuPrReNu/Pr0.4log(Nu/Pr0.4)logRe99.53
8、 0.697 57793 115.00 2.06 4.76 83.25 0.696 47530 96.21 1.98 4.68 86.02 0.696 47191 99.41 2.00 4.67 56.34 0.697 29634 65.11 1.81 4.47 45.34 0.697 22638 52.40 1.72 4.35 36.44 0.697 17694 42.10 1.62 4.25 30.37 0.697 14226 35.09 1.55 4.15 26.10 0.697 11910 30.16 1.48 4.08 21.10 0.697 9468 24.38 1.39 3.98
9、 26.37 0.697 11964 30.47 1.48 4.08 24.18 0.697 10795 27.94 1.45 4.03 2 空气强化对流给热系数表（加入混合器），100基点= 99.9 序号空气入口温度/空气出口温度/壁温1 T1/壁温2 T2/孔板压降 /Kpa气速 u /m*s-1 空气流量/m3*h-1热流量Q/W给热系数/W*m-2K-1132.281.8100.199.80.16.68 7.56 112.16 37.94 231.881.6100.199.90.127.38 8.34 124.39 41.68 331.581.410099.80.168.62 9.7
10、4 145.70 48.64 431.480.6100.199.80.2310.48 11.85 175.01 57.32 531.279.499.899.80.414.13 15.97 231.70 74.26 631.577.199.899.70.617.59 19.88 273.74 84.35 73277.199.899.70.8921.76 24.60 334.71 103.59 83376.299.999.61.2726.37 29.81 388.41 119.32 934.476.199.999.51.7631.45 35.55 446.22 138.73 NuPrReNu/Pr
11、0.4log(Nu/Pr0.4)26.41 0.6949 7183 30.55 1.49 29.04 0.6950 7940 33.59 1.53 33.91 0.6950 9288 39.22 1.59 40.00 0.6951 11328 46.27 1.67 51.92 0.6952 15336 60.05 1.78 59.13 0.6954 19200 68.37 1.83 72.56 0.6954 23722 83.91 1.92 83.58 0.6954 28735 96.65 1.99 97.01 0.6953 34143 112.19 2.05 六、实验结果作图及分析数据处理：
12、已知公式：以表1中第一组数据为例：tm =0.7063-2*46.95=0.697由公式可知，分别对和Re取对数，并作图所作出的直线的斜率即为m；截距即为lgA.。普通由图可知：m=0.73,lgA=-1.89,进而得出A=0.013。因此得出关联结果为：，继而得出传热膜系数强化后由图可知：m=0.81,lgA=-1.62,进而得出A=0.024。因此得出关联结果为：继而传热膜系数实验结果分析：传热膜系数公认的关联式为，而实验得出的关系式为。可以看出系数A=0.013有差距，指数a=0.73也与公认式中a=0.8有一定的误差因素，比如说：管壁不够光滑；管件材料不可能完全相同；还有实验中Pr在0
13、.6950左右，不满足公认式的条件（0.7Pr160），会引起一定的误差。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？答：管壁的壁温接近蒸汽温度，因为蒸汽的传热膜系数较大，壁温更接近于传热膜系数大的一面。 2、蒸汽发生器中的水是循环利用的，为什么每次实验还检查液位补水？答：因为有部分蒸汽从排气孔向外排出了。因此实验设备里的总水量减少了，所以要在下次实验前加水补液位。 3、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：由公式，发现其变量均与压强的值无关，故采用不同的蒸汽压无影响。4、水蒸汽的温度是100，管道尺寸是273.5mm，结合实验数据， （1）
14、计算套管换热器总传热系数K1， （2）计算空气一侧的热阻1/1占总热阻1/ K1的百分比。答：（1）1/a2=(T-Tw)/q=(100-99.8)/558.3=0.00036,1/a1= (tw-t)/q=(100.1-46.95)/558.3=0.095,d/=0.0035/0.028=0.125则K=1/(1/a1+1/a2+ d/)=4.54(2) 1/a1/(1/ K)= 0.095*4.54=0.4313=43.13% 5、结合实验数据分析，假如空气入口温度不变、蒸汽温度不变，空气流量增大后，壁温和出口温度有什么变化？（提示：）答：，A1不变，而传热系数正比于流速，空气流量增大后u增大，Q不变，则tm 减小，进口温度又不变，所以出口温度减小。
