傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名： 張道興學(xué)號(hào)：200811226專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝田班級(jí)：化工0808同組人員： 張可人，張文芊，余斌 課程名稱： 化工原理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： 傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)日期：2010.12.6批閱日期: 成績(jī)： 教師簽名： 實(shí)驗(yàn)名稱：傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘要：本實(shí)驗(yàn)采用比較的方法來(lái)測(cè)得傳熱系數(shù)K以及傳熱膜系數(shù)a及在前人的基礎(chǔ)上，利用水蒸氣-空氣傳熱系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并獲取相關(guān)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的各項(xiàng)常數(shù)，方法簡(jiǎn)單，可靠。一、 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、n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，了解工程上強(qiáng)化傳熱的措施；測(cè)定套管換熱器的靜壓損失與雷諾損失的關(guān)系。二、 基本原理對(duì)流傳熱的核心問(wèn)題是求算傳熱膜系數(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、n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（流體被加熱）。這樣，上式即變?yōu)閱巫兞糠匠?，在兩邊取?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)值帶入方程中，則可得系數(shù)A,即Pr0.4Rem用圖解法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)確定直線位置有一定人為性。而用最小二乘法回歸，可得到最佳關(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，就能的道道A、m、n。對(duì)于方程的關(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=如，Pr=竿，Nu占卩 九 九實(shí)驗(yàn)中改變空氣的流量，以改變Re值。根據(jù)定性溫度（空氣進(jìn)、出口溫度的算數(shù)平均值）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值。牛頓冷卻定律為Q=aA^tm式中a——傳熱膜系數(shù)，W/（m2°C）；Q 穿熱量，W；A 總傳熱面積，m2；△t——管壁溫度與管內(nèi)流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差，C。m穿熱量可由下式求得Q=Wc(t-1)/3600=pVc(t-1)/3600p21sp21式中W 質(zhì)量流量，kg/h；cp 流體的比定壓熱容，J/(kg.°C)；t1,t2——流體進(jìn)、出口溫度，C；p——定性溫度下流體密度，kg/m3； 流體體積流量，m3/h；$空氣的體積流量由孔板流量計(jì)測(cè)得，其流量匕與孔板流量計(jì)壓差的關(guān)系式為=26.280.54s式中 孔板流量計(jì)壓降，kPa；V——空氣流量，m3/h。$三、 裝置和流程1.設(shè)備說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)空氣走內(nèi)管，蒸汽走環(huán)隙。內(nèi)管為黃銅管，其管徑為①(25X2)mm,有效長(zhǎng)度為1.25m?？諝膺M(jìn)出口溫度和壁溫分別由鉑電阻和熱電偶測(cè)得。測(cè)量空氣進(jìn)出口溫度的鉑電阻應(yīng)置于進(jìn)出管的中心。測(cè)量管壁溫度用一支鉑電阻和一支熱電偶分別固定在管外壁的兩端?？装辶髁坑?jì)的壓差由壓差傳感器測(cè)得。實(shí)驗(yàn)使用的蒸汽發(fā)生器由不銹鋼材料制成，裝有玻璃液位計(jì)，加熱功率為1.5kW。風(fēng)機(jī)采用XGB型漩渦氣泵，最大鴨梨17.50kPa,最大流量100m3/h。采集系統(tǒng)說(shuō)明壓力傳感器本實(shí)驗(yàn)裝置采用ASCOM5320型鴨梨?zhèn)鞲衅鳎錅y(cè)量范圍為0—20kPa。顯示儀表本實(shí)驗(yàn)中所有溫度和壓差均由人工智能儀表讀取，測(cè)量點(diǎn)分別為：孔板壓降，進(jìn)出口溫度，壁溫。10、蒸汽發(fā)生器 10、蒸汽發(fā)生器 11、補(bǔ)水漏斗12、補(bǔ)水閥 13、排水閥四、 操作要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先弄清配電箱上各按鈕與設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便正確開(kāi)啟按鈕。檢查蒸汽發(fā)生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/2—2/3。打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器補(bǔ)水閥，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，并接通蒸汽發(fā)生器的加熱電源，打開(kāi)放氣閥。將空氣流量控制在某一值。待儀表數(shù)值穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)，改變空氣流量(10組數(shù)據(jù))，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，記錄數(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)。五、 數(shù)據(jù)處理1．原始數(shù)據(jù)記錄如下：傳熱膜系數(shù)測(cè)定原始數(shù)據(jù)表(未強(qiáng)化)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)DP(kPa)空氣進(jìn)口溫度t(oC)空氣出口溫度t(oC)進(jìn)口壁溫T,(oC)出口壁溫T.(oC)12.9835.264.8W1100.1W299.922.3836.166.2100.299.831.8435.966.7100.199.941.3634.966.9100.199.950.9533.766.9100.110060.6332.367100.110070.523166.9100.110080.423066.9100.1100.190.3329.167100.1100傳熱膜系數(shù)測(cè)定原始數(shù)據(jù)表(強(qiáng)化后)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)DP(kPa)空氣進(jìn)口溫度t(oC)空氣出口溫度t(oC)進(jìn)口壁溫T,(oC)出口壁溫T.(oC)11.5541.1“79.8W1100.1W2100.121.0141.181.3100.3100.130.714081.9100.4100.240.453882.6100.2100.150.253683.6100.3100.30.2134.583.9100.1100.12．?dāng)?shù)據(jù)處理傳熱膜系數(shù)測(cè)定計(jì)算數(shù)據(jù)表(物性計(jì)算)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)Vs(m3/h)空氣定性溫度t(oC)平均壁溫Tw(oC)空氣密度P(kg/m3)空氣粘度M(mPa?s)空氣熱容Cp(Kj/(kg?K))導(dǎo)熱系數(shù)入(W?m-i?K-1)147.247501001.09650.01961.004096390.028213241.84651.151001.0924750.01965751.004444870.028298336.41751.31001.091950.0196651.004521280.028309430.93250.91001.093350.0196451.004531340.02828525.48450.3100.051.095450.0196151.004504570.028235620.41549.65100.051.0977250.01958251.004464680.028187718.40548.95100.051.1001750.01954751.004421850.028135816.40048.45100.11.1019250.01952251.004376170.028098914.39848.05100.051.1033250.01950251.004343810.028069傳熱膜系數(shù)測(cè)定計(jì)算數(shù)據(jù)表(準(zhǔn)數(shù)計(jì)算)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)流速U(m3/s)傳熱速率Q(W)對(duì)數(shù)平均溫差傳熱膜系數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)Re普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr努賽爾準(zhǔn)數(shù)aDTm(kg/m3)a(W?m-2?K-i)141.776427.86048.504112.314467420.69780379.619237.000383.96147.263103.43641125.640.69779973.106332.200341.75747.03192.52135759.240.69779865.365427.350301.97547.309981.27030443.610.697857.476522.533258.60447.84568.81825168.240.69780248.746618.051216.96148.34257.14320237.050.69780540.546716.274202.81248.92452.78118318.510.69780837.520814.501186.04349.37347.97716370.020.69781134.149912.730167.96249.61043.10714404.180.69781330.715傳熱系數(shù)相關(guān)計(jì)算(以第一組數(shù)據(jù)為例)：C^―~zr—空氣定性溫度：t=號(hào)2=C^―~zr—平均壁溫：T+T

t平均壁溫：T+T

t=—W1 W2100.1+99.92=100oC流量計(jì)算：V=26.2AP0.54=26.2x2.98o.54=47.247m3/hs定性溫度下：空氣密度計(jì)算：P=1.2715-0.0035xt=1.2715-0.0035x50=1.0965kg/m3空氣粘度計(jì)算：r二(1.71+0.005xt)X10-5二(1.71+0.005x50)x10-5二0.0000196PaDs空氣導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算:九二(2.4513+0.0074xt)x10-2二(2.4513+0.0074x50)x10-2二0.027806WDn-1DK-1空氣熱容計(jì)算：C=8.3145x(3.653—1.337x10-31+3.294x10-612—1.913x10-913+0.2763x10-1214)/29p=1.00444487kJDg-1DK-1傳熱速率計(jì)算：Q=PVC(t—t)/3600=427.8603Wsp2 1對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算：At二n(T—對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算：At二n(T—t)-(T—t) (100—35.2)-(100—64.8) 1 w-1n(T-t)Inw—1—(T-1)w2ln(100-35.2)

n(100-64.8)二48.504oC給熱系數(shù)計(jì)算：“卷n47.86030.02x48.504112.314W/(n-2DK-1)流速計(jì)算：4qv流速計(jì)算：4qvu=—兀d24x47.247兀0.022x360041.77579n/s雷諾數(shù)計(jì)算：du雷諾數(shù)計(jì)算：duPRe=—0.02x込x1.°965=467420.0000196普朗特準(zhǔn)數(shù)計(jì)算：Pr=竽=0.6978ad努賽爾準(zhǔn)數(shù)計(jì)算：Nu= =79.61863九強(qiáng)化后相關(guān)數(shù)據(jù)處理強(qiáng)化后傳熱膜系數(shù)測(cè)定計(jì)算數(shù)據(jù)表(物性計(jì)算)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)Vs(m3/h)空氣定性溫度t(oC)平均壁溫Tw(oC)空氣密度P(kg/m3)空氣粘度M(mPa?s)空氣熱容Cp(Kj/(kg?K))導(dǎo)熱系數(shù)入(W?m-i?K-1)133.19660.45100.11.0599250.02012251.005183670.028986226.34161.2100.21.05730.020161.00524050.029042321.77660.95100.31.0581750.02014751.00522150.029023

417.02360.3100.151.060450.0201151.005172360.028975512.39359.8100.31.06220.020091.005134830.028938611.28059.2100.11.06430.020061.005090080.028894強(qiáng)化后傳熱膜系數(shù)測(cè)定計(jì)算數(shù)據(jù)表（準(zhǔn)數(shù)計(jì)算）d=0.02m,l=1.25m組數(shù)流速傳熱速率對(duì)數(shù)平均溫差傳熱膜系數(shù)雷諾準(zhǔn)數(shù)普朗特準(zhǔn)數(shù)努賽爾準(zhǔn)數(shù)UQDTmaRePra(m3/s)(W)(kg/m3)(W?m-2?K-1)129.35128380.197736.273112.31430920.760.69780692.0821223.29064312.627135.261103.43624429.760.6978177.74049319.25429269.594835.30092.52120225.240.69780867.0091415.0516224.801535.27181.27015870.220.69780556.01376510.95811174.95435.30868.81811587.560.69780343.6036869.973471165.574435.32257.14310583.020.697841.31266六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及誤差分析以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)下關(guān)聯(lián)圖如下：?傳熱系數(shù)測(cè)定點(diǎn)（未強(qiáng)化）■傳熱系數(shù)測(cè)定（強(qiáng)化后）乘幕（?傳熱系數(shù)測(cè)定點(diǎn)（未強(qiáng)化）■傳熱系數(shù)測(cè)定（強(qiáng)化后）乘幕（傳熱系數(shù)測(cè)定點(diǎn)（未強(qiáng)化））乘幕（傳熱系數(shù)測(cè)定（強(qiáng)化后））Nu/(Pr)S.4經(jīng)指數(shù)擬合如下：強(qiáng)化傳熱前，Nu/(Pr)S.4=0.0429ReA0.7563則Nu=0.0429Re0.7564Pr0.4強(qiáng)化后擬合結(jié)果：Nu/(Pr)S.4=0.0139ReA0.8199則Nu=0.0139Re0.8199Pr0.4

誤差及結(jié)果分析：公認(rèn)關(guān)聯(lián)式中，其中A=0.023,而實(shí)驗(yàn)給出的A相差較大，而實(shí)驗(yàn)的m值與公認(rèn)的m=0.8相差并那么明顯。實(shí)驗(yàn)之前，由原理所造成的方法誤差，及忽略普朗特準(zhǔn)數(shù)，及格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)對(duì)傳熱系數(shù)的影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由傳熱系統(tǒng)使用長(zhǎng)久而造成的系統(tǒng)誤差，測(cè)壁溫時(shí)使用了近似處理，由此也造成了系統(tǒng)誤差，由操作人員讀