化工原理實(shí)驗(yàn)傳熱實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

1、傳熱膜系數(shù)測(cè)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(cè)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(huì)計(jì)算機(jī)采集與控制軟件對(duì)提高實(shí)驗(yàn)效率的作用4、學(xué)會(huì)給熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和數(shù)據(jù)處理方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定空氣在圓管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)的給熱系數(shù)12、測(cè)定加入靜態(tài)混合器后空氣的強(qiáng)制湍流給熱系數(shù)13、回歸 1 和 1聯(lián)式 Nu A Rea Pr 0.4中的參數(shù) A 、 a*4 、測(cè)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(guò)程是由熱流體對(duì)固體壁面的對(duì)流傳熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對(duì)冷流體的對(duì)流傳熱三個(gè)傳熱過(guò)程所組成。由于過(guò)程復(fù)雜，影響因素多，機(jī)理不清楚，所以采用

2、量綱分析法來(lái)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， g T則： =f （ ， cp， l ，u， g T ）2）量綱分析ML -3 ， ML -1 T -1， ML T -3 Q-1 ， cp L 2 T -2 Q-1 ， lL，uLT -1 ，g T 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(wú)量綱化非基本變量： Nul/u: Relu/ cp: Pr cp /322 gT:Gr g lT/5）原函數(shù)無(wú)量綱化6）實(shí)驗(yàn)Nu ARea Pr b Gr c強(qiáng)制對(duì)流圓管內(nèi)表面加熱

3、：NuARea Pr 0.4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：A2 A1(Tw2t w2 ) (Tw1t w1 )Qln Tw 2t w2 ) /(Tw1t w1 )ln( A2 / A1 )空氣流量由孔板流量測(cè)量： qv 26.2P0.54m 3 h-1 ， kPa空氣的定性溫度：t=(t 1+t2)/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)流程套管換熱器內(nèi)管為27 3.5mm 黃銅管 , 長(zhǎng)

4、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(cè)量，使用時(shí)測(cè)溫點(diǎn)位于管道中心。壁溫1、壁溫 2 由熱電偶測(cè)量，測(cè)溫點(diǎn)通過(guò)錫焊嵌入管壁中心，測(cè)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 m 3/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

5、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(dòng)風(fēng)機(jī)預(yù)熱設(shè)備5 分鐘；5、通過(guò)計(jì)算機(jī)間隔34Hz 調(diào)節(jié)頻率10 50 10Hz，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10 50Hz，孔板壓降最小值大于0.1kPa ；7、測(cè)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；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)

6、表 1 選擇上行數(shù)據(jù)空氣普通對(duì)流給熱系數(shù)表（l=1.25,d=0.020m ）， 100 基點(diǎn) = 99.9空氣空氣壁溫壁溫孔板氣速空氣流入口出口2熱流量給熱系數(shù)序號(hào)1壓降u量-2 -1溫度溫度T1/ T2/Kpa/m*s -1/m3*h -1Q/W/W*m K/ / 131.262.710099.34.2750.757557.3763558.6280139.2843233.764.499.899.43.0442.249447.7588450.1721117.1391333.16599.899.5341.948347.4184464.4346121.0455431.765.399.999.61

7、.2626.258529.6826306.751979.169153065.799.899.70.7619.985222.5913248.571563.6042629.16610099.70.4815.593317.6267200.656551.0682728.366.599.899.80.3212.527114.1606166.958042.5449827.766.999.899.80.2310.481011.8477143.390236.559692767.1100.199.80.158.32079.4057116.540729.53721026.566.599.899.80.2310.4

8、81011.8477146.687036.85881126.166.810099.80.199.453610.6863134.644433.7912NuPrReNu/Pr0.499.530.69757793115.0083.250.6964753096.21log(Nu/Pr0.4)logRe2.064.761.984.6886.020.6964719199.4156.340.6972963465.1145.340.6972263852.4036.440.6971769442.1030.370.6971422635.0926.100.6971191030.1621.100.697946824.

9、3826.370.6971196430.4724.180.6971079527.942.004.671.814.471.724.351.624.251.554.151.484.081.393.981.484.081.454.032 空氣強(qiáng)化對(duì)流給熱系數(shù)表（加入混合器），100基點(diǎn) = 99.9空氣空氣孔板氣速空氣流給熱系入口出口壁溫 1壁溫 2熱流量序號(hào)壓降u量數(shù)溫度溫度T1/ T2/ Q/W/Kpa/m*s -1/m3*h -1/W*m-2 K-1/ / 132.281.8100.199.80.16.687.56112.1637.94231.881.6100.199.90.127.388.3

10、4124.3941.68331.581.410099.80.168.629.74145.7048.64431.480.6100.199.80.2310.4811.85175.0157.32531.279.499.899.80.414.1315.97231.7074.26631.577.199.899.70.617.5919.88273.7484.3573277.199.899.70.8921.7624.60334.71103.5983376.299.999.61.2726.3729.81388.41119.32934.476.199.999.51.7631.4535.55446.22138.7

11、3NuPrReNu/Pr0.4log(Nu/Pr0.4)26.410.6949718330.551.4929.040.6950794033.591.5333.910.6950928839.221.5940.000.69511132846.271.6751.920.69521533660.051.7859.130.69541920068.371.8372.560.69542372283.911.9283.580.69542873596.651.9997.010.695334143112.192.05六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果作圖及分析數(shù)據(jù)處理：已知公式：0.70632 10 4 tkg / m3以表 1 中第

12、一組數(shù)據(jù)為例：（ tw t1)(t w t2 )(99.6531.2)(99.65 61.7)501.09 tm =(twt1) =(99.6531.7)lnln(twt2 )(99.6561.7)Pr 0.7063210 4 t =0.7063-210 -4 *46.95=0.697由公式 lg Nulg A m lg Re 可知，分別對(duì)Nu / Pr 0.4和 Re 取對(duì)數(shù)，并作圖所作出的直線的斜率即為m；截Pr 0.4距即為 lgA. 。普通y=0.73x-1.682.5)4. 2.00rP 1.5/uN（ 1.0gol0.50.03.84.04.24.44.64.85.0log Re實(shí)

13、驗(yàn)數(shù)據(jù)線性 ( 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))由圖可知：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：Nu0.013Re0.73 Pr0.4，繼而得出傳熱膜系數(shù)0.013du)0.76c p)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：Nu0.024 Re0.81 Pr0.4繼而傳熱膜系數(shù)0.024(du0.73c p)0.4)(d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 (du0 .8(c p0.4，而實(shí)驗(yàn)得出的關(guān)系式為)d0.013du)0.73c p)0 .4A=0.013 有差距，指數(shù)a=0.7

14、3 也與公認(rèn)式中 a=0.8 有一定的誤(?？梢钥闯鱿禂?shù)d差因素，比如說(shuō)：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（ 0.7Pr160 ），會(huì)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(duì)的關(guān)聯(lián)式有無(wú)影響？說(shuō)明原因。答：由公式NuA Re m Pr n ，發(fā)現(xiàn)其變量均與壓強(qiáng)的值無(wú)關(guān)，故采用不同的蒸汽壓無(wú)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)K 1 ，（ 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/=0.0035/0.028=0.125 則 K=1/(