化工原理實(shí)驗(yàn)傳熱實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、傳熱膜系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)（第四組）一、實(shí)驗(yàn)?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(qiáng)化傳熱的途徑3、體會計(jì)算機(jī)采集與控制軟件對提高實(shí)驗(yàn)效率的作用4、學(xué)會給熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定和數(shù)據(jù)處理方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測定空氣在圓管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的給熱系數(shù) 12、測定加入靜態(tài)混合器后空氣的強(qiáng)制湍流給熱系數(shù) 1'3、回歸 1和 1'聯(lián)式 Nu A Rea Pr0.4 中的參數(shù) A、a*4 、測定兩個(gè)條件下銅管內(nèi)空氣的能量損失二、實(shí)驗(yàn)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(gè)傳熱過程所組成。由于過程復(fù)雜，影響因素多，

2、機(jī)理不清楚，所以 采用量綱分析法來確定給熱系數(shù)。1）尋找影響因素物性： ， ，cp 設(shè)備特征尺寸： l 操作： u，gT則：=f（， ，cp，l，u，gT）2）量綱分析-3 -1 -1 -3 -1 2 -2 -1 ML-3，ML-1 T-1，ML T-3 Q-1，cp L 2 T-2 Q-1 ，l L ，gT L T -2， MT-3 Q-13）選基本變量（獨(dú)立，含 M， L，T，Q-熱力學(xué)溫度）， l ， , 4）無量綱化非基本變量 ：Nu l/ u: Re lu/ cp: Prcp/ g T l / 5）原函數(shù)無量綱化6）實(shí)驗(yàn)NuARea Prb Gr c強(qiáng)制對流圓管內(nèi)表面加熱： NuAR

3、ea Pr0.4圓管傳熱基本方程：熱量衡算方程：圓筒壁傳導(dǎo)熱流量：A2 A1(Tw2 tw2) (Tw1 tw1)ln( A2 / A1) lnTw2 tw2 )/(Tw1 tw1)-1uLT -1 ，gT: Gr圓管傳熱牛頓冷卻定律：空氣流量由孔板流量測量： qv 26.2 P0.54 m 3h-1 ，kPa 空氣的定性溫度： t=(t 1+t 2)/2 三、實(shí)驗(yàn)流程1 、蒸汽發(fā)生器 2 、蒸汽管 3 、補(bǔ)水漏斗 4 、補(bǔ)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(jì) 12 、空氣管 13 、風(fēng)機(jī)圖 1 、傳熱實(shí)驗(yàn)

4、流程套管換熱器內(nèi)管為 27×3.5mm黃銅管, 長 1.25m,走冷空氣，外管為耐高溫玻璃管， 殼 程走 100的熱蒸汽。進(jìn)、出口溫度由鉑電阻（ Pt100）測量，使用時(shí)測溫點(diǎn)位于管道中心。 壁溫 1、壁溫 2 由熱電偶測量，測溫點(diǎn)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(jī)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(shí)驗(yàn)室開發(fā)的數(shù)據(jù) 采集與控制軟件。四、實(shí)驗(yàn)操作1、檢查蒸汽發(fā)生器中的水位，約占液位計(jì)高度 4/5 左右，如不夠需加水；2、按下總電源、加

5、熱器、風(fēng)機(jī)綠色按鈕，開儀表開關(guān)，等待20 分鐘套管間充滿水蒸汽；3、約到 15分鐘時(shí)，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(shí)，全開流量調(diào)節(jié)閥，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊上圖中綠色 按鈕啟動風(fēng)機(jī)預(yù)熱設(shè)備 5 分鐘；5、通過計(jì)算機(jī)間隔 34Hz調(diào)節(jié)頻率 105010Hz，每個(gè)點(diǎn)穩(wěn)定約 1.5 分鐘記錄數(shù)據(jù)，注意隨時(shí)查看結(jié)果，調(diào)整布點(diǎn)及發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤等；6、加入靜態(tài)混合器進(jìn)行強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)，先將出口溫度計(jì)拔出，旋轉(zhuǎn)放入混合器，再將 溫度計(jì)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(jī)， 2 分鐘后，檢查壁溫 100基點(diǎn)偏差

6、；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(jì)算機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)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基點(diǎn) = 99.9序號空氣 入口 溫度 /空氣 出口 溫度 /壁溫1T1/壁溫2T2/孔板壓降/Kpa氣速 u/m*s -1空氣流 量/m3*h -1熱流量Q/W給熱系 數(shù) /W*m-2K-150.75757.376558.628139.284131.262.710099.34.27530342.24947.758450.172117.139233.764.499.899.43.04481141.94847.4184

7、64.434121.045333.16599.899.53346526.25829.682306.751431.765.399.999.61.2656979.169153065.799.899.70.7619.985222.5913248.571563.604215.59317.626200.656629.16610099.70.4837551.068212.52714.160166.958728.366.599.899.80.3216042.544910.48111.847143.390827.766.999.899.80.2307236.5596100.116.54092767.1199.

8、80.158.32079.4057729.537210.48111.847146.6871026.566.599.899.80.2307036.858810.686134.6441126.166.810099.80.199.453633.791234NuPrReNu/Pr0.4log(Nu/Pr0.4)logRe99.530.69757793115.002.064.7683.20.694753096.211.984.685686.020.6964719199.412.004.6756.30.692963465.111.814.474745.30.692263852.401.724.354736

9、.40.691769442.101.624.254730.30.691422635.091.554.157726.10.691191030.161.484.080721.10.69946824.381.393.980726.30.691196430.471.484.087724.10.691079527.941.454.03872 空氣強(qiáng)化對流給熱系數(shù)表（加入混合器）， 100基點(diǎn) = 99.9序號空氣 入口 溫度 /空氣 出口 溫度 /壁溫1T1/壁溫 2T2/孔板壓降/Kpa氣速 u/m*s -1空氣流量/m3*h -1熱流 量 Q/W給熱系數(shù) /W*m-2 K-1132.281.8100

10、.199.80.16.687.56112.1637.94231.881.6100.199.90.127.388.34124.3941.68331.581.410099.80.168.629.74145.7048.64431.480.6100.199.80.2310.4811.85175.0157.32531.279.499.899.80.414.1315.97231.7074.26631.577.199.899.70.617.5919.88273.7484.3573277.199.899.70.8921.7624.60334.71103.5983376.299.999.61.2726.3729

11、.81388.41119.32446.2138.739 34.4 76.1 99.9 99.5 1.76 31.45 35.55NuPrReNu/Pr0.4log(Nu/Pr0.4)26.410.6949718330.551.4929.040.6950794033.591.5333.910.6950928839.221.5940.000.69511132846.271.6751.920.69521533660.051.7859.130.69541920068.371.8372.560.69542372283.911.9283.580.6952873596.651.99497.010.69533

12、4143112.192.05六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果作圖及分析數(shù)據(jù)處理：已知公式： 0.7063 2 10 4t kg /m3以表 1 中第一組數(shù)據(jù)為例：tw t1) (tw t2)ln (tw t1)(tw t2)501.09 (99.65 31.2) (99.65 61.7) =(99.65 31.7) ln(99.65 61.7)4 -4Pr 0.7063 2 10 4t =0.7063-2 10-4 *46.95=0.697由公式 lg Nu0.4 lgA 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 Pr0.4斜率即為 m；截距即為 lgA. 。普通y=0.73

13、x-1.68.4.0實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 線性 ( 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))由圖可知：Nu 0.013Re0.73 Pr0.4 ，繼m=0.73,lgA=-1.89, 進(jìn)而得出 A=0.013。因此得出關(guān)聯(lián)結(jié)果為：而得出傳熱膜系數(shù)0.013 ( du)0.76(cp )0.4 d強(qiáng)化后由 圖 可 知 ： m=0.81,lgA=-1.62, 進(jìn) 而 得 出 A=0.024 。 因 此 得 出 關(guān) 聯(lián) 結(jié) 果 為 ：Nu 0.024Re0.81 Pr0.4繼而傳熱膜系數(shù)0.024 ( du)0.73(cp )0.4實(shí)驗(yàn)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(cp )0.4 ，而實(shí)驗(yàn)得出的關(guān) d系

14、式為 0.013 ( du)0.73(cp )0.4 ?？梢钥闯鱿禂?shù) A=0.013 有差距，指數(shù) a=0.73 也與公 d認(rèn)式中 a=0.8 有一定的誤差因素，比如說：管壁不夠光滑；管件材料不可能完全相同；還有實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?yàn)檎羝膫鳠崮は禂?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(shí)驗(yàn)還檢查液位補(bǔ)水？答：因?yàn)橛胁糠终羝麖呐艢饪紫蛲馀懦隽?。因此?shí)驗(yàn)設(shè)備里的總水量減少了，所以要在下 次實(shí)驗(yàn)前加水補(bǔ)液位。3 、如果采用不同壓強(qiáng)的蒸汽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對的關(guān)聯(lián)式有無影響？說明原因。答：由公式 Nu ARem Prn ，發(fā)現(xiàn)其變量均與壓強(qiáng)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，管道尺寸是 27×3.5mm，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，(1)計(jì)算套管換熱器總傳熱系數(shù) K1，(2)計(jì)算空氣一側(cè)的熱阻 1/ 1占總熱阻 1/ K 1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/ =