传热膜系数测定实验报告+北京化工大学.doc

北京化工大学化工原理实验报告实验名称: 传热膜系数测定班 级: 化工11姓 名: 学 号: 2011011 序 号: 同组人: 设备型号: 第套实验日期: 2013-12-16一、实验摘要本实验采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置,让空气走内管,蒸汽走环隙,用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温,计算了传热膜系数α,并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m(),得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热,并重新测定了α、A和m。关键词:传热膜系数K、雷诺数Re、努赛尔准数Nu、普朗特数Pr二、实验目的1、测量空气在圆直管内的强制湍流给热系数α1,确定α1的关联式;2、测量空气在圆直管内的强化传热给热系数α1',确定α1'的关联式;3、测定两个条件下铜管内空气的能量损失。三、实验原理热量的传递方式有传导、对流、辐射三种,流体流经固体表面的传热传导、对流过程,称为对流给热。对流传热的核心问题是求算传热膜系数,当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为:。对于强制湍流而言,Gr准数可以忽略,既。本实验中,可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。用图解法对多变量方程进行关联时,要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式,即取n=(流体被加热)。这样,上式即变为单变量方程,在两边取对数,即得到直线方程:。在双对数坐标中作图,找出直线斜率,即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中,则可得到系数A,即:。用图解法,根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归,可以得到最佳关联结果。应用微机,对多变量方程进行一次回归,就能同时得到A、m、n。对于方程的关联,首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其准数定义式分别为:,,。实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。根据定性温度(空气进、出口温度的算术平均值)计算对应的Pr准数值。同时,由牛顿冷却定律,求出不同流速下的传热膜系数α值进而算得Nu准数值。牛顿冷却定律:。式中:α——传热膜系数,[W/(m2·℃)];Q——传热量,[W];A——总传热面积[m22]。Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差,[℃]传热量 可由下式求得:。式中:W——质量流量,[kg/h];Cp——流体定压比热,[J/(kg·℃)];t1、t2——流体进、出口温度[℃];ρ——定性温度下流体密度,[kg/m33];V——流体体积流量,[m33/h]。空气的体积流量由孔板流量计测得,其流量Vs与孔板流量计压降Δp的关系为。式中 Δp——孔板流量计压降,kpa;Vs——空气流量,m3/h。四、实验流程和设备本实验空气走内管,蒸汽走环隙(玻璃管)。内管为黄铜管,,。空气进、出口温度和管壁温度分别由铂电阻(Pt100)和热电偶测得。测量空气进出口温度的铂电阻应置于进出管的中心。测得管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁两端。孔板流量计的压差由压差传感器测得。实验装置流程如下图所示,冷空气由风机输送,经孔板流量计计量后,进入换热器内管(铜管),并与套管环隙中的水蒸气换热