传热膜系数实验-师丹彤.doc

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1、北京化工大学实验报告课程名称：化工原理实验实验日期：2010.12.13班级：化工0809姓名：师丹彤同组人：冯敏、孙程、许世佩装置号：2号装置传热膜系数测定实验一、摘要本实验使用套管换热器进行换热实验，由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成整套实验装置，让空气走内管，蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量孔板压降、进出口温度和两端壁温，由此计算传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m（n取0.4），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入静态混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A和m。整个实验进展顺利，成功

2、完成了相关任务，达到了预期的目的。关键词:传热膜系数准数关系式半经验关联式二、实验目的及任务1、掌握传热膜系数α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、n的方法；3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。三、基本原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为：对于强制湍流而言，Gr数可忽略，即本实验中，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、n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

3、回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，在两边取多数，得到直线方程为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-8-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。其准数定义式分别为：，，实验中改变空气的流量，以改变Re值。根据定性温度（空气进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr值

4、。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值。牛顿冷却定律为式中α——传热膜系数，W/（m2·℃）；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，℃。传热量可由下式求得：式中W——质量流量，kg/h；Cp——流体的定压比热容，J/（kg·℃）；t1、t2——流体进、出口温度，℃；ρ——定性温度下流体密度，kg/m3；Vs——流体体积流量，m3/h。空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量与孔板流量计压降ΔP的关系为式中ΔP——孔板流量计压降，KPa，Vs——空气流量，m3/h。四

5、、装置和流程1、设备说明本实验空气走内管，蒸汽走环隙（玻璃管）。内管为黄铜管，内径为0.020m，有效长度为1.25m。空气进、出口温度和管壁温度分别由铂电阻（Pt100）和热电偶测得。测量空气进出口温度的铂电阻应置于进出管的中心。测得管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁两端。孔板流量计的压差由压差传感器测得。实验使用的蒸汽发生器由不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为1.5kw。风机采用XGB型漩涡气泵，最大压力17.50kpa，最大流量100m3/h。2、采集系统说明（1）压力传感器-8-本实验装置采用ASCOM5320型压

6、力传感器，其测量范围为0～20kpa。（2）显示仪表在实验中所有温度和压差等参数均可由人工智能仪表直接读取，并实现数据的在线采集与控制，测量点分别为：孔板压降、进出口温度和两个壁温。3、流程说明本实验装置流程如下图所示，冷空气由风机输送，经孔板流量计计量后，进入换热器内管（铜管），并与套管环隙中的水蒸气换热，空气被加热后，排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再由回流管返回蒸汽发生器，用于消除端效应。铜管两端用塑料管与管路相连，用于消除热效应。图1套管式换热实验装置和流程1、风机；

7、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、不凝气体放空阀；9、冷凝水回流管；10、蒸气发生器；11、补水漏斗；12、补水阀；13、排水阀五、实验操作要点1、实验开始前，先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮。2、检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/2～2/3。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，并接通蒸汽发生器的加热电源，打开放气阀。5、将空气流量控制在某一值。待仪表数值稳

8、定后，记录数据，通过调节频率改变空气流量，保证孔板压降不小于0.2kPa，重复实验8～10次，记录数据。6、实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，