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(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 NuA Re aPr 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，所以采用量

2、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， gT， ，p，l ， u， gT）則： =f （ ， c2）量綱分析ML-3，ML-1-1， ML T-3-1pL2T-2Q-1 ，l L ， uLT-1，TQ ， cgT L T -2 ， MT -3 Q-1 3）選基本變量（獨(dú)立，含M ， L， T， Q-熱力學(xué)溫度），, l4）無(wú)量綱化非基本變量pp3 22l/ / gT:Gr： Nuu: Relu/c : Prc gTl/5）原函數(shù)無(wú)量綱化32lFlu,c p,g tl26）實(shí)驗(yàn)NuARea Pr b Gr ca0.4強(qiáng)制對(duì)流圓管內(nèi)表面加熱：Nu

3、ARe Pr(T1t 2 )(T2t1 )K1 A1tmQ K1A1ln T1t2T2t1熱量衡算方程：Q qm1 c p1 (T1T2 ) qm 2c p3 (t 2t1 )圓管傳熱牛頓冷卻定律：(t w2t1 )(t w1t 2 )(T1 Tw1 ) (T2 Tw2 )Q1A1ln t w2t12 A2ln T1Tw1t w1t 2T2Tw2圓筒壁傳導(dǎo)熱流量：QA2 A1(Tw2t w2 ) (Tw1t w1 )ln( A2 / A1 ) ln Tw 2t w2 ) /(Tw1tw1 )空氣流量由孔板流量測(cè)量：qv26.2P 0.54m3h-1， kPa空氣的定性溫度： t=(t 1+t2

4、)/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273.5mm黃銅管 , 長(zhǎng) 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

5、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(kāi)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(kāi)儀表開(kāi)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(kāi)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3 4Hz 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)

6、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)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熱流量給熱系數(shù)序號(hào)12壓降u量-2 -1溫度溫度T1/ T2/ /Kpa/m*s -1/m3*h -1Q/W/W*m K/ / 131.262.710099.34.2750.757557.37

7、63558.6280139.2843233.764.499.899.43.0442.249447.7588450.1721117.1391333.16599.899.5341.948347.4184464.4346121.0455431.765.399.999.61.2626.258529.6826306.751979.169153065.799.899.70.7619.985222.5913248.571563.6042629.16610099.70.4815.593317.6267200.656551.0682728.366.599.899.80.3212.527114.1606166.9

8、58042.5449827.766.999.899.80.2310.481011.8477143.390236.559692767.1100.199.80.158.32079.4057116.540729.53721026.566.599.899.80.2310.481011.8477146.687036.85881126.166.810099.80.199.453610.6863134.644433.7912NuPrReNu/Pr0.499.530.69757793115.0083.250.6964753096.2186.020.6964719199.4156.340.6972963465.

9、1145.340.6972263852.4036.440.6971769442.1030.370.6971422635.0926.100.6971191030.1621.100.697946824.3826.370.6971196430.4724.180.6971079527.94log(Nu/Pr0.4)logRe2.064.761.984.682.004.671.814.471.724.351.624.251.554.151.484.081.393.981.484.081.454.032 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

10、 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/ / 132.281.8100.199.80.16.687.56112.1637.94231.881.6100.199.90.127.388.34124.3941.68331.581.410099.80.168.629.74145.7048.64431.480.6100.199.80.2310.4811.85175.0157.32531.279.499.899.80.414.1315.97231.7074.26631.577.199.899.70.617.5919.8827

11、3.7484.3573277.199.899.70.8921.7624.60334.71103.5983376.299.999.61.2726.3729.81388.41119.32.934.476.199.999.51.7631.4535.55446.22138.73NuPrReNu/Pr0.4log(Nu/Pr0.4)26.410.6949718330.551.4929.040.6950794033.591.5333.910.6950928839.221.5940.000.69511132846.271.6751.920.69521533660.051.7859.130.695419200

12、68.371.8372.560.69542372283.911.9283.580.69542873596.651.9997.010.695334143112.192.05六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果作圖及分析數(shù)據(jù)處理：已知公式：0.7063210 4 t(1.71 0.005t ) 10(2.45130.0074t )kg / m 35 Pa s10 2w /( m k )Pr0.7063210 4 tC p1.005KJ ( Kg K ) 1以表 1 中第一組數(shù)據(jù)為例：（ t wt1)(t wt2 )(99.6531.2)(99.6561.7)501.09 t m =ln (t wt1)=ln (99.65

13、31.7)(t wt2 )(99.6561.7)Vs26.2p 0. 5426.24.270.5457.38 m 3h 1QVs C p (t2t1 ) / 3600 1.1072 57.381005(61.7 - 31.2)/3600 558.63 J s-1Q3.14558.63139.28 wm - 2K 1A t m0.021.2551.09Nud139.280.0299.530.0280Redu4qm4Vs4 1.1072 57.3810- 557793.99d3600 d36003.140.021.94Nu99.53115.00pr0.40.6970.4Pr0.7063 210 4

14、 t =0.7063-210-4 *46.95=0.697.由公式 lgNulg 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P(pán)r 0.4線的斜率即為m；截距即為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)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：0.73Pr0.4du0.76c p)0. 4Nu 0.013Re，繼而得出傳熱膜系數(shù)0.013 ()(d

15、強(qiáng)化后雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)10004.0實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)rP100線性 ( 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))/uN10100010000100000Re.y=0.81x-1.623.00)2.004.01.00r強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)P0.00/u線性 ( 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))N(2.00)0.002.004.006.00(1.00)gol(2.00)(3.00)logRe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 Re0.81Pr0.40.024du)0.73cp)0 .4繼而傳熱膜系數(shù)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 p)0.4)，而實(shí)驗(yàn)

16、得出d的關(guān)系式為0.013(du0. 73c p0.4A=0.013有差距，指數(shù) a=0.73)()?？梢钥闯鱿禂?shù)d也與公認(rèn)式中a=0.8 有一定的誤差因素， 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恕?因此實(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273.5mm，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=0.0