傳熱膜系數(shù)的測(cè)定

1、傳熱膜系數(shù)的測(cè)定姓名：王麗 班級(jí)：應(yīng)化11001 序號(hào)：15 指導(dǎo)教師：吳洪特一實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡臏y(cè)定方法，并分析影響的因素；1.掌握確定傳熱膜系數(shù)特征關(guān)聯(lián)式中的系數(shù)A和指數(shù)m、n的方法；用圖解法和線性回歸法對(duì)i的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr中常數(shù)A，m的值。水蒸氣強(qiáng)化套管傳熱器的實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)定其特征數(shù)關(guān)聯(lián)式Nu=BRem中常數(shù)B、m的值和強(qiáng)化比Nu/Nu，了解強(qiáng)化傳熱的 基本理論和基本方式。4.學(xué)會(huì)測(cè)溫?zé)犭娕嫉墓ぷ髟?、使用方法。二、?shí)驗(yàn)原理（1）套管式傳熱膜系數(shù)的測(cè)定對(duì)流傳熱的核心問(wèn)題是求算傳熱系數(shù)，當(dāng)流體無(wú)相變化時(shí)對(duì)流傳熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式一般形式為：Nu=ARemPrnGrp 1對(duì)強(qiáng)

2、制湍流，Gr數(shù)可以忽略，Nu=ARemPrn 。本實(shí)驗(yàn)，可以圖解法和最小二乘法兩種方法計(jì)算特征數(shù)關(guān)聯(lián)式中的指數(shù)m、n和系數(shù)A。圖解法中，可取n=0.4（）實(shí)驗(yàn)中流體被加熱）。這樣就簡(jiǎn)化成單變量方程。兩邊取對(duì)數(shù)，得到直線方程：lgNuPr0.4=lgA+mlgRe 2在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中作圖，找出直線斜率，即為方程的指數(shù)m。在直線上任去一點(diǎn)的函數(shù)值代入方程中得到系數(shù)A，即A=NuPr0.4Rem 3用圖解法，根據(jù)試驗(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)對(duì)多變量方程進(jìn)行一次回歸，就能同時(shí)得到A、m、n可以看出方程的關(guān)聯(lián)，首先要有Nu、Re、Pr的數(shù)據(jù)組。

3、雷諾數(shù)：Re=du： 努賽爾數(shù)：Nu=1d； 普蘭特?cái)?shù)：Pr=cp；式中d換熱器內(nèi)管內(nèi)徑，m；1空氣傳熱膜系數(shù)，W/m2·；空氣密度，kg/m3；空氣的熱導(dǎo)率，W/m·；cp空氣定壓比熱容，J/kg·；空氣的黏度，Pa·s。應(yīng)為空氣傳熱膜系數(shù)1遠(yuǎn)小于蒸氣傳熱膜系數(shù)2，所以傳熱管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)1約等于冷熱流體間的總傳熱系數(shù)K，即1K，則有牛頓冷卻定理：Q=1Atm=1dltm 4式中A總傳熱面積，m2；tm管內(nèi)外流體的平均溫差，其中： t1=T-t1 ，t2=T-t2T蒸氣側(cè)的溫度，可近似用傳熱管的外壁面平均溫度Tw（）表示。傳熱量Q可由下式求的：Q=W

4、cpt2-t13600=Vscpt2-t13600 (5)式中W空氣質(zhì)量流量，kg/h；cp空氣定壓比熱容，J/kg·；t2、t1空氣進(jìn)、出口溫度，；定性溫度下空氣密度，kg/m3；Vs流體體積流量，m3/h?？諝怏w積流量孔板流量計(jì)測(cè)得，其流量Vs與孔板流量計(jì)壓強(qiáng)p的關(guān)系為：Vs=26.2p0.54 6(2)管內(nèi)強(qiáng)化傳熱系數(shù)的測(cè)定強(qiáng)化傳熱時(shí)Nu=BrRem，其中B、m的值因螺旋形麻花鐵的尺寸不同而不同。同樣可用線性回歸方程確定B和m的值。單純研究強(qiáng)化手段的強(qiáng)化效果（不考慮阻力的影響），可以用強(qiáng)化比的概念作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，即強(qiáng)化管的努賽爾數(shù)Nu與普通管的努賽爾數(shù)Nu的比。顯然，強(qiáng)化比Nu/

5、Nu1，而且它的值越大，強(qiáng)化效果越好。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程（1）實(shí)驗(yàn)裝置傳熱綜合試驗(yàn)裝置如圖2所示。虛線框內(nèi)為加麻花鐵后的強(qiáng)化傳熱過(guò)程。圖1 空氣-水蒸氣傳熱試驗(yàn)裝置流程圖（2）流程說(shuō)明本裝置流程如圖1所示。空氣走內(nèi)管，蒸氣走環(huán)隙。內(nèi)管為黃銅管，冷空氣由風(fēng)機(jī)輸送，經(jīng)孔流量計(jì)后，進(jìn)入換熱器E01（E02）內(nèi)管，并與套管環(huán)隙中蒸氣換熱。空氣被加熱后，排入大氣。 （3）裝置及控制點(diǎn)參數(shù)見(jiàn)表1。四、操作步驟1.試驗(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。2.檢查蒸氣發(fā)生器中水位，務(wù)必使蒸汽發(fā)生器液位保持在（1/2）（2/3）的高度。3.打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)。4.試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，關(guān)閉蒸汽發(fā)生

6、器補(bǔ)水閥，接通蒸汽發(fā)生器的加熱電源，約10min后，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，并打開(kāi)放氣閥。5.調(diào)節(jié)空氣流量時(shí)，最低不應(yīng)小于0.1kPa，實(shí)驗(yàn)中中要合理去點(diǎn)，以保證數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻。6.將空氣流量控制在某一值，改變空氣流量（810次），重復(fù)試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。7.轉(zhuǎn)換內(nèi)容，進(jìn)行強(qiáng)化套管換熱器的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定810組數(shù)據(jù)。8.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先停蒸汽發(fā)生器，過(guò)5min后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，并將旁路閥全開(kāi)，清理現(xiàn)場(chǎng)。9.切斷總電源。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理表2 測(cè)定的數(shù)據(jù)記錄序號(hào)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)空氣入口溫度t1/空氣出口溫度t2/壁溫Tw1/壁溫Tw2/孔板壓降p/(kPa)普通傳熱12345678910強(qiáng)化傳熱123456789410傳熱系數(shù)相

7、關(guān)計(jì)算（以表2第一組數(shù)據(jù)為例）：管內(nèi)徑d=0.02m 管長(zhǎng)l=1.25m 平均空氣溫度47，查表可得空氣的密度=kg·m-3 定壓比熱容cp=1015J·kg-1-1 熱導(dǎo)率=2.79×10-2W·m-1·-1 黏度3×10-5Pa·s 相關(guān)計(jì)算結(jié)果如下：表3 測(cè)定的數(shù)據(jù)處理序號(hào)實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)QReNuPr普通傳熱196.055 23.406 9914.828 16.779 0.702 2153.692 39.942 15110.964 28.328 0.706 3186.279 48.436 18717.984 34.352

8、 0.706 4216.086 55.935 22130.759 39.670 0.706 5247.256 63.166 25965.653 44.798 0.706 6310.634 78.373 33783.986 55.584 0.706 7345.701 86.504 38383.852 61.351 0.706 8373.125 92.687 42290.671 65.735 0.702 9390.217 96.733 45196.469 68.605 0.702 10388.149 96.537 45810.442 68.466 0.706 強(qiáng)化傳熱1121.138 37.213

9、 10071.605 26.023 0.697 2151.187 48.606 12352.480 33.990 0.766 3182.451 59.529 15065.814 41.483 0.702 4214.744 71.116 17525.116 49.386 0.703 5247.622 82.468 20208.330 57.270 0.703 6265.345 88.714 21888.728 61.394 0.700 7287.141 96.010 23880.365 66.443 0.700 8306.802 102.360 25867.963 70.838 0.700 93

10、26.704 108.966 27576.577 75.409 0.702 10331.776 111.504 28975.975 77.166 0.707 以Nu/Pr對(duì)Re作圖得：圖2 普通傳熱試驗(yàn)結(jié)果圖3 強(qiáng)化傳熱試驗(yàn)結(jié)果（1）傳熱： 可得到 即 （2）強(qiáng)化傳熱： 得到 即 （3）以p對(duì)Nu作圖得：圖4 P與Nu關(guān)系圖由圖可得到：隨著Nu的增大，普通傳熱所需的p比強(qiáng)化傳熱所需的p增大的快。六、實(shí)驗(yàn)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：接近蒸汽溫度。因?yàn)檎羝淠齻鳠崮は禂?shù)遠(yuǎn)大于空氣的傳熱膜系數(shù)。2.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(kāi)熱交換器時(shí)的溫度將升高還是降低？為什么？答：傳熱系數(shù)正比于流速，故當(dāng)空氣流速增大時(shí)傳熱系數(shù)亦增大，由Q=WCP(t2-t1)