传热膜系数测定实验报告.pdf

北 京 化 工 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告实验名称：对流给热系数测定实验班级：姓名：学号：序号：同 组 人：设备型号：对流给热系数测定实验设备- 第 X套实验日期：对流给热系数测定实验——XXX 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（n 取 0.4） ，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包含壁 面薄层的热传导和主体的热对流，总称为对流给热计算对流给热过程的热量Q 和热流密度 q 等，通常需先确定给热系数α 本实验以间壁式换热器中最简单的套管换热器为研究对象，令壳程走热水蒸 汽，管程强制逆流走冷空气， 跟据牛顿冷却定律可以测得圆管内空气一侧的给热 系数α1进一步可以将无因次准数Nu ，Re，Pr 等按经验形式联系起来，并回归 其中的参数 A,a根据已知 A,a 的通用关联式确定给热系数，也可达到一定的精 度要求，是当前工程上确定α的重要方法牛顿冷却定律：mtAQ =,11,22 11 ,11,22()(t)lnwwwwtttAtttt式中：α——内表面给热系数，[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，[ ℃] ；1t ——进口温度，[℃ ] ；对流给热系数测定实验——XXX 2t——出口温度，[℃ ] ；,1wt——壁温， [ ℃] ；,2tw——壁温， [ ℃] 其中传热量，可由下式求得：3600/3600/1212ttCVttCWQpp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/m3 3] ；V——流体体积流量，[m33/h] 。

通过测量 Δp、t1 、t2 、tw1、tw2，并根据定性温度（t1+t2 ）/2 和设备尺寸计算Cp1、A1，即可确定 α1空气一侧的截面温度变化大于壁和水蒸气侧，测量t1 、t2 时，温度计要放在管道中心偏上位置且气体湍动程度足够，才能测出空气主体平均温度，否则误差很大 内外表面壁温差别很小，实验中将热电偶温度计焊接在管壁中心，测量出壁面温度tw1、tw2. 空气流量通过孔板流量计测得，计算方法如下：测量点体积流量：431 v 121000q=0.623.14 103600 mhP’ ，空气，测量点工作点体积流量：31 v 1=v 1 mh’空气，测量点 ，， 空气，工作点式中： Δp——孔板流量计压降，kpa；v 1q，——空气流量，31mh强化传热 （增加 Q）的方法有增加K、 A和Δtm由于套管换热器内表面热阻11/（21/10）远远大于壁阻/铜（41/10）及外表面热阻21/（滴状冷凝且排除不凝气体等干扰，41 / 10） ，因此向套管内加入静态混合器，可以较大提高1，明显增加K，增加热流量Q 测量强化后的给热系数1’的方法以及回归参数A’， a’的关联式形式同上强化Q付出的代价是空气在管内流动的阻力损失增大，由于空气可压缩等原因，总能量损失除考虑机械能减少外，还应考虑内能的减少等。

四、实验装置对流给热系数测定实验——XXX 本实验空气走内管， 蒸汽走环隙（玻璃管）内管为黄铜管， 内径为 0.020m，有效长度为1.25m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，装有玻璃液位计，加热功率为1.5kw风机采用 XGB型漩涡气泵，最大压力17.50kpa，最大流量 100m3/h2、采集系统说明（1）压力传感器本实验装置采用 ASCOM5320 型压力传感器，其测量范围为0～20kpa2）显示仪表在实验中所有温度和压差等参数均可由人工智能仪表直接读取，并实现数据的采集与控制，测量点分别为：孔板压降、进出口温度和两个壁温3、流程说明本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，空气被加热后，排入大气空气的流量由空气流量调节阀调节蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝， 再由回流管返回蒸汽发生器，用于消除端效应。

铜管两端用塑料管与管路相连，用于消除热效应图 1 套管式换热实验装置和流程1、风机； 2 、孔板流量计； 3 、空气流量调节阀； 4 、空气入口测温点； 5 、空气出口测温点； 6 、水蒸气入口壁温； 7 、水蒸气出口壁温； 8 、不凝气体放空阀； 9 、冷凝水回流管； 10 、蒸气发生器； 11 、补水漏斗； 12 、补水阀； 13 、排水阀对流给热系数测定实验——XXX 五、实验操作1、实验开始前， 先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮2、检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/2 ～2/3 3、打开总电源开关（红色按钮熄灭，绿色按钮亮，以下同）4、实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，启动风机，并接通蒸汽发生器的加热电源，打开放气阀5、 将空气流量控制在某一值 待仪表数值稳定后， 记录数据，改变空气流量（8～10 次） ，重复实验，记录数据6、实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场注意：a、实验前，务必使蒸汽发生器液位合适，液位过高，则水会溢入蒸汽套管；过低，则可能烧毁加热器b、调节空气流量时，要做到心中有数，为保证湍流状态，孔板压差读数不应从0 开始，最低不小于0.1kpa 。

实验中要合理取点，以保证数据点均匀c、切记每改变一个流量后，应等到读数稳定后再测取数据六、实验数据记录及处理本实验内管内径为0.020m，有效长度为 1.25m一）空气强制湍流给热系数对流给热系数测定实验——XXX 数据序 号频率 /Hz进口气温t1/℃出口气温t1/℃壁温1 tw,1/℃壁温 2tw,2/ ℃孔板压降ΔP孔板/kPa管路压降Δ P管路/kPa测量点表压p/kPa测量点密度ρ /kg?m-3测量点流量qv/m3?h-1工作点温度t/ ℃工作点表压p/kPa工作点密度ρ /kg?m-3工作点粘度μ /Pa?s 工作点热导率λ /W?m-1?℃-1工作点比热容cp/J?kg-1?℃-1工作点流量qv/m3?h-1工作点气速u/m?s-1热流量Q /W对数平均温差Δtm/℃给热系数α1/W?m-2? ℃-1Nu Pr Re Nu/Pr0.4Nu/Pr0.4 标准值1 12.02 21.4 59.4 100.4 100.4 0.24 0.41 0.53 1.190 14.1 40.4 0.21 1.115 1.918E-05 2.707E-02 1002 15.0 13.3 177.2 57.9 40.6 30.0 0.710 15454 34.4 51.6 2 12.02 21.6 59.5 100.3 100.4 0.32 0.54 0.70 1.192 16.2 40.6 0.27 1.115 1.919E-05 2.708E-02 1002 17.4 15.4 204.2 57.8 46.9 34.6 0.710 17846 39.7 57.9 3 12.0 2 21.9 59.6 100.4 100.4 0.39 0.65 0.85 1.192 17.9 40.8 0.33 1.115 1.920E-05 2.710E-02 1002 19.2 17.0 224.3 57.6 51.7 38.1 0.710 19696 43.7 62.7 4 12.02 22.9 59.8 100.3 100.4 0.59 0.94 1.24 1.193 22.0 41.4 0.47 1.114 1.923E-05 2.714E-02 1002 23.6 20.9 270.0 57.0 62.8 46.3 0.710 24196 53.1 73.9 5 12.0 2 23.4 59.6 100.5 100.4 0.79 1.21 1.61 1.195 25.5 41.5 0.61 1.115 1.923E-05 2.715E-02 1002 27.3 24.2 306.9 57.0 71.4 52.6 0.710 28018 60.3 83.1 6 12.02 24.2 59.5 100.3 100.3 0.98 1.47 1.96 1.196 28.4 41.9 0.74 1.115 1.925E-05 2.718E-02 1002 30.4 26.9 333.4 56.6 78.1 57.5 0.710 31189 65.9 90.6 7 12.0 2 25.6 59.8 100.3 100.4 1.19 1.76 2.36 1.195 31.3 42.7 0.88 1.114 1.929E-05 2.723E-02 1002 33.6 29.7 355.8 55.9 84.4 62.0 0.710 34288 71.1 97.7 8 12.02 27.7 60.2 100.2 100.3 1.59 2.30 3.10 1.195 36.1 44.0 1.15 1.113 1.935E-05 2.732E-02 1002 38.8 34.4 390.9 54.7 94.8 69.4 0.709 39514 79.6 109.4 9 12.02 29.1 60.5 100.2 100.3 1.80 2.58 3.48 1.194 38.5 44.8 1.29 1.111 1.938E-05 2.738E-02 1002 41.4 36.6 401.6 53.9 98.8 72.2 0.709 41943 82.8 114.8 10 12.02 31.1 61.4 100.2 100.2 2.01 2.85 3.86 1.191 40.7 46.3 1.43 1.108 1.945E-05 2.749E-02 1002 43.8 38.7 408.9 52.5 103.4 75.2 0.709 44099 86.3 119.5 11 12.02 35.0 62.9 100.3 100.2 2.61 3.65 4.96 1.188 46.5 49.0 1.83 1.103 1.958E-05 2.768E-02 1002 50.1 44.3 428.6 50.0 113.7 82.2 0.709 49878 94.3 131.8 12 12.02 39.0 64.4 100.4 100.2 3.49 4.80 6.55 1.191 53.7 51.7 2.40 1.100 1.970E-05 2.786E-02 1002 58.1 51.4 451.7 47.5 126.3 90.7 0.708 57376 104.1 147.5 对流给热系数测定实验——XXX 计算举例（以第一组为例）：测。