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(n 取 ), 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α,确定α的关联式; 2 、测量空气在圆直管内的强化传热给热系数α,确定α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: pRm Gr A Nu???? Pr Re 。对于强制湍流而言, Gr 准数可以忽略,既 RmA Nu Pr Re ???。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: Re lg lg Pr lg Nu ??。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: m Nu A Re Pr ??。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: ??du ? Re , ?? Cp ? Pr ,??d Nu ?。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: mtAQ?????。式中: α——传热膜系数, [W/(m 2·℃)]; Q ——传热量, [W] ; A ——总传热面积[m 22]。Δt m ——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: 3600 )(3600 )( 1212tt Cp Vtt Cp WQ ????????。式中: W ——质量流量, [kg/h] ; Cp ——流体定压比热, [J/(kg ·℃)]; t 1、t 2 ——流体进、出口温度[℃]; ρ——定性温度下流体密度, [kg/m 33]; V ——流体体积流量, [m 33 /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 54 . x??。式中Δp ——孔板流量计压