传热膜系数测定实验报告北京化工大学化工原理实验.docx

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1、传热膜系数测定实验报告北京化工大学化工原理实验————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期：传热膜系数测定摘要：选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。本实验采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置,让空气走内管,蒸汽走环隙,

2、用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温,计算了传热膜系数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混合器的办法强化了传热,并重新测定了α、A和m。一、实验目的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。二、基本原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数,当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为:N

3、uARemPrnGrp（１）对于强制湍流而言,Gr准数可以忽略，故NuARemPrn（2）数本实验中,可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数A。m、n和系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(流体被加热)。这样，上式即变为单变量方程,在两边取对数,即得到直线方程:lgNulgAmlgRePr0.4（3）在双对数坐标中作图,找出直线斜率,即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数Ａ，即:ANu0.4RemPr(4）用图解法，根据实验点确定直线位置有

4、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。应用微机,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：du,Cp，dRePrNu实验中改变空气的流量以改变算术平均值）计算对应的Ｐr的传热膜系数α值进而算得牛顿冷却定律：Re准数的值。根据定性温度(空气进、出口温度的准数值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下Nu准数值。QAtm（５）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

5、,[℃]传热量可由下式求得:QWCpt2t1/3600VCpt2t1/3600(6)式中：W——质量流量,[ｋg/ｈ]；Cｐ——流体定压比热，[J／(kg·℃)];ｔ1、ｔ2——流体进、出口温度[℃］;ρ——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Δp的关系为Vs26.2p0.54(7）式中p——孔板流量计压降，kPa;3Ｖs——空气流量，m/h。三、装置说明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。

6、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31.5kｗ。风机采用XGB型漩涡气泵，最大压力１7.５0ｋpａ，最大流量100m/h。２、采集系统说明（１）压力传感器本实验装置采用AＳＣOM5320型压力传感器，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

7、,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图1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。四、操作流程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

8、，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