北京化工大学传热膜系数测定实验报告.doc

北京化工大学
实验报告

传热膜系数测定实验
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一、摘要
选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立水蒸汽—空气传热系统,分别对普通管换热器和强化管换热器进行了对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。本实验采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等装置,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。
二、实验目的
1、掌握传热膜系数α及传热系数K的测定方法;
2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m、n的方法;
3、通过实验提高对准数关系式的理解,并分析影响α的因素,了解工程上强化传热的措施。
三、实验原理
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,故

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、实验装置
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。
实验使用的蒸汽发生器由不锈钢材料制成,装有玻璃液