傳熱實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2010/12/9班級(jí):姓名：學(xué)號(hào):同組人:實(shí)驗(yàn)裝置：報(bào)告摘要本實(shí)驗(yàn)以套管式換熱器為研究對(duì)象，并用常壓下100C的水蒸汽冷凝空氣來(lái)測(cè)定傳熱膜系數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握傳熱膜系數(shù)及傳熱系數(shù)的測(cè)定方法，并確定傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式中的系數(shù)及分析影響傳熱膜系數(shù)的因素。關(guān)鍵詞：傳熱膜系數(shù)a傳熱系數(shù)K努賽爾數(shù)Nu,雷諾數(shù)Re,普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr目的及任務(wù)掌握傳熱膜系數(shù)a及傳熱系數(shù)K的測(cè)定方法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握確定傳熱膜系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式中的系數(shù)A和指數(shù)m的方法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高對(duì)準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式的理解，并分析影響a的因素?；驹韺?duì)流傳熱的核心問(wèn)題是求算傳熱系數(shù)a,當(dāng)流體無(wú)相變時(shí)對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式的一般形式

2、為Nu=ARemPrnGrp對(duì)于強(qiáng)制湍流而言，Gr數(shù)可忽略，即Nu=ARemPrn本實(shí)驗(yàn)中，可用圖解法和最小二乘法計(jì)算上述準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式中的指數(shù)m和系數(shù)A。用圖解法對(duì)多變量方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)時(shí)，要對(duì)不同變量Re和Pr分別回歸。本實(shí)驗(yàn)可簡(jiǎn)化上式，即取n=0.4。在兩邊取對(duì)數(shù)，得到直線方程為lg=lgA+mlgRePr0.4在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中作圖，求出直線斜率，即為方程的指數(shù)m。在直線上任取一點(diǎn)函數(shù)值代入方程中，則可得到系數(shù)A，即NuPr0.4Rem用圖解法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)確定直線位置有一定的人為性。而用最小二乘法回歸，可以得到最佳關(guān)聯(lián)結(jié)果。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助手段，對(duì)多變量方程進(jìn)行一次回歸，就能同時(shí)得到A,m,n。對(duì)于

3、方程的關(guān)聯(lián)，首先要有Nu,Re,Pr的數(shù)據(jù)組。其特征數(shù)定義式分別為Re=竽，Pr=字，Nu琨實(shí)驗(yàn)中改變空氣的流量，以改變Re值。根據(jù)定性溫度計(jì)算對(duì)應(yīng)的Pr值。同時(shí),由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)值，進(jìn)而求得Nu的值。牛頓冷卻定律為Q=aAAtm式中a一一傳熱膜系數(shù)，W/(m2C)；Q一一傳熱量，W；A一一總傳熱面積，m2；At管壁溫度與管內(nèi)流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差，C。m傳熱量可由下式求得Q二Wc（t-1）/3600二pVc（t-1）/3600p21sp21式中，W質(zhì)量流量，kg/h；c流體的比定壓熱容，J/（kgC）；pt”t2流體進(jìn)，出口溫度，C；P定性溫度下流體密度，kg/m3

4、；V流體體積流量，m3/h?？諝獾捏w積流量由孔板流量計(jì)測(cè)得，其流量Vs與孔板流量計(jì)壓降A(chǔ)p的關(guān)系為V二26.2Ap0.54s式中，Ap孔板流量計(jì)壓降，kPa；V空氣流量，m3/h。S裝置和流程圖1.套管式換熱實(shí)驗(yàn)裝置和流程1-風(fēng)機(jī)，2-孔板流量計(jì)，3-空氣流量調(diào)節(jié)閥，4-空氣入口測(cè)溫點(diǎn)，5-空氣出口測(cè)溫點(diǎn)，6-水蒸氣入口壁溫，7-水蒸氣出口壁溫，8-不凝性氣體放空閥，9-冷凝水回流管，10-蒸汽發(fā)生器，11-補(bǔ)水漏斗，12-補(bǔ)水閥，13-排水閥操作要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)開始前，先弄清配電箱上各按鈕與設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以免誤觸他人按鈕。檢查蒸汽發(fā)生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/22/3。打開總電源開關(guān)（紅

5、色按鈕熄滅，綠色按鈕亮，以下同）。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器補(bǔ)水閥，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，再接通蒸汽發(fā)生器的加熱電源，打開放氣閥（已打開）。將空氣流量控制在某一值（從大流量開始）。待儀表數(shù)值穩(wěn)定（不少于3分鐘）后，記錄數(shù)據(jù)，改變空氣流量，由大流量到小流量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定并記錄810組數(shù)據(jù)。加強(qiáng)傳熱，先抬高測(cè)溫計(jì)，在管路中加入麻花鐵（固定好，避免出來(lái)），測(cè)溫計(jì)放回中間位置，重復(fù)第5步，記錄68組數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先停蒸汽發(fā)生器電源，再停風(fēng)機(jī)，清理現(xiàn)場(chǎng)。注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)前，務(wù)必使蒸汽發(fā)生器液位合適，液位過(guò)高，則水會(huì)溢入蒸汽套管；過(guò)低，則可能燒毀加熱器。調(diào)節(jié)空氣流量時(shí)，要做到心中有數(shù)，為保證湍流狀態(tài)，孔板壓差讀書

6、從大流量時(shí)開始，最低不小于0.2kpa。實(shí)驗(yàn)中要合理取點(diǎn)，以保證數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻。切記每改變一個(gè)流量后，應(yīng)等到讀數(shù)穩(wěn)定后（約3分鐘）再測(cè)取數(shù)據(jù)。結(jié)束時(shí)先停加熱電源，再停風(fēng)機(jī)。數(shù)據(jù)處理：光滑管光滑管數(shù)據(jù)Cp=1005J/(kgK)序號(hào)頻率/Hz空氣入口t/C1空氣出口t/C2進(jìn)出口平均溫度/C壁溫tW/C壁溫TW/C平均壁溫C孔板壓降p/kPat/cm密度Pkg/m3粘度M/|JPa*s14733.3063.3048.30100.0099.8099.903.7550.111.09919.5224436.1065.4050.75100.0099.8099.903.2947.661.09119.64341

7、36.9066.4051.65100.00100.00100.002.8746.811.08819.6843836.9066.7051.80100.10100.00100.052.4946.681.08719.6953536.1066.8051.45100.20100.00100.102.1246.991.08819.6763034.1066.5050.30100.20100.20100.201.5748.091.09219.6272532.9066.8049.85100.20100.30100.251.1248.441.09419.5982132.0067.2049.60100.20100.

8、50100.350.8048.651.09419.5891731.3067.7049.50100.20100.30100.250.5448.491.09519.58101330.6068.4049.50100.30100.30100.300.3448.361.09519.58體積流量m3/h流速Um/s傳熱量Q熱導(dǎo)率入W/mK雷諾數(shù)Re傳熱膜系數(shù)aW/m2-CNuPrPr0.4Nu/Pr0.4進(jìn)口空氣密度53.49147.30516.430.028153267.85131.2193.4330.69660.8654107.9691.15349.84144.07465.740.028348945.

9、65124.4388.0330.69620.8651101.7571.14246.29740.94434.460.028345238.28118.1783.4090.69600.865096.4221.13942.87937.91406.470.028341863.39110.8878.2330.69590.865090.4401.13939.31234.76384.910.028338455.23104.2973.6530.69600.865185.1421.14233.42629.56347.640.028232908.1292.0365.1900.69620.865275.3491.15

10、027.85324.63304.260.028227491.3179.9856.7180.69630.865265.5531.15423.22620.54264.200.028222956.7869.1549.0720.69640.865256.7151.15818.78416.61221.460.028218577.3958.1441.2720.69640.865347.7001.16014.63212.94179.540.028214470.7447.2733.5510.69640.865338.7761.163以第一組數(shù)據(jù)為例，體積流量：V=26.2Ap0.54=26.2x3.750.5

11、4=53.491m3/hs1流速：q=兀d2uv44x53.491u=47.30m/s兀d23.14x0.022x3600定性溫度下：密度：由經(jīng)驗(yàn)公式可得P=50-48.30 x1.12850-404048.30 x1.093=1.009m3/kg5040粘度：卩二5048.30 x19.1-4048.30 x19.6二19.52pPa-s50405040熱導(dǎo)率：九二(2.4513+0.0074x48.30)x10-2二0.0281W/m-k空氣進(jìn)口溫度下密度：P二40-33.30 x1.165-30-33.30 x1.128二1.153m3/kg40-3040-30傳熱量：Q=Wc(tt)/

12、3600=PVc(tt)/3600p21sp21二1.009x53.491x1005x(63.3033.30)/3600二516.43W11平均壁溫：T=(T+T)=(100.00+99.80)=99.9Cw2w1w22管壁溫度與管內(nèi)流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差：At=mtt63.3033.3021=50.11C、Tt99.9033.30ln1lnTt99.9063.30w傳熱膜系數(shù)：Q二aAAt516.433.14x0.02x1.25x50.11=131.21W/mC雷諾數(shù)：Re=dup0.02x4730 xLO。9=53267.8519.52x10-6普朗特準(zhǔn)數(shù)：C卩Pr=p尢1005x19.5

13、2x106=0.69660.0281努塞爾準(zhǔn)數(shù)：adNu二九93.433r二93.433NuNu/P4兄0.69660.4二107.969加強(qiáng)傳熱管強(qiáng)化傳熱Cp=1005J/(kgK)序號(hào)頻率/Hz空氣入口t/c空氣出口t/co進(jìn)出口平均溫度壁溫tw/c壁溫Tw/c平均壁溫c孔板壓降p/kPat/cm密度pkg/m3粘度卩pPas15045.5078.9062.20100.00100.30100.151.9535.361.05320.21024646.7079.4063.05100.20100.30100.251.6534.671.05120.25334246.2079.6062.90100.

14、20100.40100.301.4134.771.05120.24543845.0079.2062.10100.30100.30100.301.6135.501.05320.20553443.2078.7060.95100.30100.50100.400.9436.631.05720.14863041.2078.0059.60100.30100.40100.350.7537.811.06120.08072639.2077.7058.45100.40100.50100.450.5738.871.06520.02382237.5077.4057.45100.40100.50100.450.4239

15、.711.06819.973體積流量ms/h流速Um/s傳熱量W熱導(dǎo)率入W/mK傳熱膜系數(shù)aW/m2C雷諾數(shù)ReNuPrPr0.4Nu/Pr0.4進(jìn)口空氣密度37.57733.23388.480.0291139.8934628.51796.0890.69390.8640111.2151.10934.33530.36346.210.0292127.1631496.06287.1560.69370.8639100.8861.10531.54127.89325.360.0292119.1628956.51681.7040.69370.863994.5741.10633.88329.96359.250

16、.0291128.8631241.82988.5410.69390.8640102.4781.11125.33922.40280.450.029097.4923509.55367.1820.69410.864177.7471.11722.43019.83258.960.028987.2020964.98960.2980.69440.864269.7691.12419.34117.10235.060.028876.9918194.05653.3950.69460.864461.7741.13116.40014.50207.660.028866.5815514.61846.2910.69480.8

17、64553.5491.137數(shù)據(jù)處理過(guò)程與光滑管相同結(jié)果討論在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上作圖，用Excel回歸分析可得到：對(duì)光滑管測(cè)量數(shù)據(jù)：m=0.79,lgA=-1.679，可得A=0.021。所以流體在圓管內(nèi)作強(qiáng)制湍流流動(dòng)的傳熱膜系數(shù)是半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：Nu=O.O21Reo.79Pro.4。對(duì)加強(qiáng)管測(cè)量數(shù)據(jù)：m=0.91，lgA=-2.107，可得A=0.008.所以在增加流體阻力之后,流體在圓管內(nèi)作強(qiáng)制湍流的傳熱膜系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：Nu=O.OO8Reo.9iPro.4。2.圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流的公認(rèn)關(guān)聯(lián)式為Nu=O.O23Reo.8Pro.4，光滑管實(shí)驗(yàn)所得半經(jīng)驗(yàn)公式的A偏小，m也偏小，可能原因?yàn)槌隹跍囟炔环€(wěn)定時(shí)讀數(shù)造成誤差偏大，也可能是由于溫度計(jì)在管中的位置不正確導(dǎo)致測(cè)量的溫度準(zhǔn)確性降低；加強(qiáng)管由于加入填充物，使流體的湍動(dòng)程度加大，流體阻力增大，進(jìn)而測(cè)得的m與A值與未加填充物時(shí)不同，導(dǎo)致所得的半經(jīng)驗(yàn)公式與光滑管的不同。思考題本實(shí)驗(yàn)中管壁的溫度應(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)大的一側(cè)。管內(nèi)空氣流速對(duì)傳熱膜系數(shù)有何影響？當(dāng)空氣流速增大時(shí)，空氣離開熱交換器時(shí)的溫度將升高還是降低？為什么？答：由于Nu=ARemPrnGrp，且Re=,Pr=,Nu=，所以傳熱膜系卩入入數(shù)與流