化工实验报告-传热系数的测定.doc

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1、太原师范学院实验报告ExperimentationReportofTaiyuanteachersCollege报告内容一、实验目的四、实验方法二、实验原理五、实验记录及数据处理三、实验仪器及材料六、误差分析及讨论系部：化学系年级：大四课程：化工实验姓名：学号：日期：2012/10/15项目:气体强制对流传热系数的测定一、实验目的：1.熟悉传热设备；2.了解传热原理和强化传热途径，分析热交换过程的影响因素；3.测定热流体空气与冷流体水在并流和逆流条件下的总传热系数K；4.测定努赛尔数Nu和雷诺数Re之间的关系，确定他们的关联式。

2、二、实验原理：传热过程按其方式可分为热导传热、对流传热和辐射传热三种。在工业生产上的传热过程中，按冷流体和热流体的接触方式可分为直接接触式、间壁式和蓄热式三种。本实验采用的单套管式换热器为间壁式传热，其热流体为热空气，冷流体为水，热空气与水在套管内进行传热，传热方程为：q=K*A*△tm式中：q为传热速率（W）；K为总传热系数（W*m-2*k-1）A为热空气—水间的传热面积（套管换热器的内管平均面积A=π*dm*L，dm为内管内外径的平均值，L为套管换热器套管的长度）；△tm为热空气与冷却水间的平均温度差【△tm=（△t1+△

3、t2）/(ln△t1-ln△t2)，℃或K】，△t1和△t2分别为换热器两端的温度差。在稳定传热过程中，热流体热空气通过换热器壁面将热量传给冷流体水，捂热量损失，两流体也未发生相变化，冷流体吸收热量与热流体放出热量相等，因此，传热速率Φ衡算式为：Φ=WgCp(T1-T2)式中：Wg为空气的质量流量（Kg*S-1）Cp为空气的比热容（KJ*Kg*K-1）T1，T2分别为热流体俄进口和出口温度（℃或K）根据传热关系，传热系数是由以下几个分热阻的倒数组成，即式中：a1、a2分别为热空气和冷却水的给热系数（W*m-2*k-1）d1、d

4、2分别为内管的内径和外径（m）,δ为内管的壁厚（m）;λ为内管的导热系数（W*m-2*k-1）。因冷却水的给热系数a2较大，d1/(a2*d2)值较小；λ值较大，δd1/λdm值也较小，故d1/(a2*d2)和δd1/λdm可略去。于是，可认为空气在圆管内作强制对流的给热系数a1近似为热空气与冷却水之间的总传热系数，即K=a1。当热空气在圆形直管中作强制湍流流流动时，传热系数（给热系数）的关联式可写为：Nu=A*Rem*Prn式中：Nu为努赛尔数，表达式为Nu=a*d/λ；Re为雷诺数，表达式为Re=duρ/μPr为普兰特数，

5、表达式为Pr=Cp*μ/λA为系数；m、n为雷诺数的指数和普兰特数的指数。空气的努赛尔数受给热系数a的影响，雷诺数又受空气在管内流速的影响，在很高温度和压力下，普兰特数变化很小，可近似认为它是一个常数，因此，可改写为：Nu=B*Rem式取对数后为LgNu=LgB+m*LgRe当空气流速改变后，它们原有的热平衡关系被打破，数值也随之发生变化，Nu亦随Re的改变而改变。通过实验可测出不同条件下的空气的给热系数a与流速u，就能计算出Nu和Re。以Nu为纵坐标，Re为横坐标，在双对数坐标上作出它们的关系图，关系图的斜率为截距为LgB，

6、将求得的B，m值代入式中，即得出给热准数关联式。三、实验步骤：1．熟悉实验装置及流程，检查设备，做好操作前的准备工作。2．全开冷却水阀门，降水通入换热气中；打开鼓风机，打开空气控制阀门，将空气通入实验装置的电加热器中。3．接通加热器电源，将电压调至，并始终保持电压稳定，当空气被加热后，在套管换热器上的进口温度测量点上显示温度为100-120℃左右（在稳定状态下，3min内热空气温度变化不超过1℃）时，开始在流量计上读取数值。热流体空气和冷流体冷却水的进、出口温度直接从装置上的各测量点读取。4.逐渐由大到小调节空气控制阀门，改变

7、空气流量6-8次，每次改变流量后，稳定3-5min后，按步骤3读取相关数据。5.完成所有数据测量后，将调压器上的电压指示调至零处，切断加热电源；继续通气、通水约5mi后关闭鼓风机，最后关闭冷却水阀门。四、数据记录及处理1、实验数据记录序号空气流量（m3/h)气体进口温度(℃)气体出口温度(℃)水的进口温度(℃)水的出口温度(℃)12199.827.519.526.9218100.426.419.424.6316100.325.819.223.4413100.325.419.122.3510100.325.019.022.067

8、100.524.919.021.37410024.618.820.41、实验数据处理序号空气流量（m3/s)△tm(℃)总传热系数（J/m2·s·K)RelgReNulgNu10.005829.263018.1837468544.67078.18270.912920.0050