化工原理實驗傳熱實驗報告

1、傳熱膜系數(shù)測定實驗（第四組）、實驗?zāi)康?、了解套管換熱器的結(jié)構(gòu)和壁溫的測量方法2、了解影響給熱系數(shù)的因素和強化傳熱的途徑3、體會計算機采集與控制軟件對提高實驗效率的作用4、學(xué)會給熱系數(shù)的實驗測定和數(shù)據(jù)處理方法、實驗內(nèi)容1、測定空氣在圓管內(nèi)作強制湍流時的給熱系數(shù)ai2、測定加入靜態(tài)混合器后空氣的強制湍流給熱系數(shù)ai'3、回歸ai和ai聯(lián)式Nu A Rea Pr0.4中的參數(shù)A、a*4、測定兩個條件下銅管內(nèi)空氣的能量損失二、實驗原理間壁式傳熱過程是由熱流體對固體壁面的對流傳熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對冷流體的對流傳熱三 個傳熱過程所組成。由于過程復(fù)雜，影響因素多，機理不清楚，所以采用量

2、綱分析法來確定給熱系數(shù)。1）尋找影響因素物性：p,a， cp設(shè)備特征尺寸：l 操作：u, p gAT則：a=f （ p, 11, X, cP, l , u, 3 gA）r2）量綱分析pML-3,以ML -1 T-1, ML T -3 Q-1, cp L 2 丁2 Q-1, lL , uLT-1,因 AT L T -2,oMT 3 Q-13）選基本變量（獨立，含 M, L, T, Q-熱力學(xué)溫度）p, l,科,人4）無量綱化非基本變量a： Nu=al/入u: Re= plu/Cp：Pr = Cp（i/人 0gA:TGr=BgAlT p2/科 25）原函數(shù)無量綱化6）實驗Nu =AReaPrb G

3、rc強制對流圓管內(nèi)表面加熱：Nu = ARea Pr0.4圓管傳熱基本方程：熱量衡算方程：圓管傳熱牛頓冷卻定律：圓筒壁傳導(dǎo)熱流量： QA2 A1ln(A2 /A力(Tw2t w2 )(Tw1t w1 )lnTw2 tw2)/(Tw1 tw1 )空氣流量由孔板流量測量:qv 26.2 P054 m3h-1, kPa空氣的定性溫度：t=（t 1+t2）/2 三、實驗流程1、蒸汽發(fā)生器 2、蒸汽管 3 、補水漏斗 4 、補水閥 5 、排水閥6、套管換熱器 7、放氣閥8 、冷凝水回流管 9、空氣流量調(diào)節(jié)閥10、壓力傳感器11 、孔板流量計12、空氣管 13 、風(fēng)機圖1、傳熱實驗流程套管換熱器內(nèi)管為4

4、27X 3.5mm黃銅管，長1.25m,走冷空氣，外管為耐高溫玻璃管，殼程走100c的熱蒸汽。進、出口溫度由粕電阻 (Pt100)測量，使用時測溫點位于管道中心。壁溫 1、壁溫2由熱電偶測量，測溫點通過錫焊嵌入管壁中心，測量值為壁中心溫度。蒸汽發(fā)生器加熱功率為1.5kW,變頻器為西門子 420型，風(fēng)機為XGB型旋渦氣泵，最大靜風(fēng)壓17kPa,最大流量100 m3/h。此外，還用到了北京化工大學(xué)化工原理實驗室開發(fā)的數(shù)據(jù)采集與控制軟件。四、實驗操作1、檢查蒸汽發(fā)生器中的水位，約占液位計高度4/5左右，如不夠需加水；2、按下總電源、加熱器、風(fēng)機綠色按鈕，開儀表開關(guān)，等待 20分鐘套管間充滿水蒸汽；3

5、、約到15分鐘時，觀察壁溫 1、壁溫2的變化以及水蒸汽的滴狀冷凝情況；4、當(dāng)有蒸汽和不凝性氣體從套管間排出時，全開流量調(diào)節(jié)閥，用鼠標(biāo)點擊上圖中綠色按鈕啟動風(fēng)機預(yù)熱設(shè)備5分鐘；5、通過計算機間隔 34Hz調(diào)節(jié)頻率10-50-10Hz,每個點穩(wěn)定約1.5分鐘記錄數(shù)據(jù)，注意隨時查看結(jié)果， 調(diào)整布點及發(fā)現(xiàn)錯誤等；6、加入靜態(tài)混合器進行強化傳熱實驗，先將出口溫度計拔出，旋轉(zhuǎn)放入混合器，再將溫度計放回中心位 置。調(diào)節(jié)頻率1050Hz,孔板壓降最小值大于 0.1kPa ；7、測完數(shù)據(jù)關(guān)風(fēng)機，2分鐘后，檢查壁溫 100 c基點偏差；8、關(guān)閉加熱器，與 6步相同取出靜態(tài)混合器放好，檢查液位加水，關(guān)閉計算機。五、

6、實驗數(shù)據(jù)表1選擇上行數(shù)據(jù)空氣普通對流給熱系數(shù)表(l=1.25,d=0.020m ), 100 c基點=99.9 C1 丁 P空氣 入口 溫度 / C空氣 出口 溫度 /壁溫1T1/ C壁溫2 T2/C孔板 壓降 /Kpa氣速u/m*s-1空氣流 量/m3*h -1熱流里Q/W給熱系數(shù) /W*m-2K1131.262.710099.34.2750.757557.3763 5J58.6280 139.2843233.764.499.899.43.0442.249447.7588 4.50.1721 117.1391333.16599.899.5341.948347.4184 4.64.4346 1

7、21.0455431.765.399.999.61.2626.258529.6826 326.751979.169153065.799.899.70.7619.985222.5913 2!48.571563.6042629.16610099.70.4815.593317.6267 2!00.656551.0682728.366.599.899.80.3212.527114.160666.958042.5449827.766.999.899.80.2310.481011.847743.390236.559692767.1100.199.80.158.32079.4057116.540729.53

8、721026.566.599.899.80.2310.481011.847746.687036.85881126.166.810099.80.199.453610.686334.644433.7912NuPrReNu/PrA0.4log(Nu/PrA0.4)logRe99.53 0.69757793115.002.064.7683.25 0.6964753096.211.984.6886.02 0.6964719199.412.004.6756.34 0.6972963465.111.814.47 145.34 0.6972263852.401.724.35 136.44 0.69717694

9、42.101.624.2530.37 0.6971422635.091.554.15 :26.10 0.6971191030.161.484.08 '21.10 0.697946824.381.393.9826.37 0.6971196430.471.484.08 24.18 0.6971079527.941.454.03 ,J 丁 p空氣 入口 溫度 / C空氣 出口 溫度 /壁溫1T1/ C壁溫2T2/ 孔板 壓降 /Kpa氣速u/m*s-1空氣流 量/m3*h -1熱流里Q/W給熱系 數(shù) /W*m2K-1132.281.8100.199.80.16.687.56112.1637.

10、94231.881.6100.199.90.127.388.34124.3941.68331.581.410099.80.168.629.74145.7048.64431.480.6100.199.80.2310.4811.85175.0157.32531.279.499.899.80.414.1315.97231.7074.26631.577.199.899.70.617.5919.88273.7484.3573277.199.899.70.8921.7624.60334.71103.5983376.299.999.61.2726.3729.81388.41119.32934.476.199

11、.999.51.7631.4535.55446.22138.73log(Nu/PrA0.4)NuPrReNu/PrA0.426.410.6949718330.5529.040.6950794033.5933.910.6950928839.2240.000.69511132846.2751.920.69521533660.0559.130.69541920068.3772.560.69542372283.9183.580.69542873596.6597.010.695334143112.191.491.531.591.671.781.831.921.992.052空氣強化對流給熱系數(shù)表（加入混

12、合器），100c基點=99.9 C六、實驗結(jié)果作圖及分析 數(shù)據(jù)處理：43已知公式：0.7063 2 10 t kg/m以表1中第一組數(shù)據(jù)為例： tm =501.09 c(tw t1) (tw t2)c =(99.65 31.2) (99.65 61.7) (tw t1)一 (99.65 31.7)InIn(tw t2)(99.65 61.7)4-4 .Pr 0.7063 2 10 t =0.7063-210 *46.95=0.697m；截由公式lg -Nur lg a mlg Re可知，分別對 Nu / Pr0.4和Re取對數(shù)，并作圖所作出的直線的斜率即為 Pr距即為lgA. o普通由圖可知:

13、0.730.4m=0.73,lgA=-1.89,進而得出A=0.013。因此得出關(guān)聯(lián)結(jié)果為：Nu 0.013Re Pr，繼而得出傳熱膜系數(shù)dU、0.76,Cp 、0.40.013-()() d強化后0810 4由圖可知：m=0.8i,igA=-i.62,進而彳#出a=0.024。因此得出關(guān)聯(lián)結(jié)果為：Nu 0.024 Re Pr繼而傳熱膜系數(shù)0.024 _ (-du)0.73 (&)0.4d實驗結(jié)果分析：傳熱膜系數(shù)公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式為0.023 (-du)0.8 (一)0.4,而實驗得出的關(guān)系式為d一一一 .du . 0 73 .cP ,0.4.0.013()()?？梢钥闯鱿禂?shù) A=0.013

14、有差距，指數(shù) a=0.73也與公認(rèn)式中a=0.8有一定的誤d差因素，比如說：管壁不夠光滑；管件材料不可能完全相同；還有實驗中Pr在0.6950左右，不滿足公認(rèn)式的條件(0.7<Pr<160),會引起一定的誤差。七、思考題1、本實驗中管壁溫度應(yīng)接近蒸汽溫度還是空氣溫度？為什么？答：管壁的壁溫接近蒸汽溫度，因為蒸汽的傳熱膜系數(shù)較大，壁溫更接近于傳熱膜系數(shù)大的一面。2、蒸汽發(fā)生器中的水是循環(huán)利用的，為什么每次實驗還檢查液位補水？答：因為有部分蒸汽從排氣孔向外排出了。因此實驗設(shè)備里的總水量減少了，所以要在下次實驗前加水補液位。3、如果采用不同壓強的蒸汽進行實驗，對a的關(guān)聯(lián)式有無影響？說明原因。答：由公式NuARem Prn ,發(fā)現(xiàn)其變量均與壓強的值無關(guān)，故采用不同的蒸汽壓無影響。4、水蒸汽的溫度是100 C,管道尺寸是427 X 3.5mm,結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，(1)計算套管換熱器總傳熱系數(shù)Ki,(2)計算空氣一側(cè)的熱阻1/ai占總熱阻1/ Ki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