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实验4 传热实验 -华东理工大学

一.过程分析

在间壁式的换热器中,总传热速率方程为:

传热系数K 与诸多因数有关(如冷、热流体的流动状况,流动介质,管子材质等),究竟哪些因数对K 的影响起控制作用,从整体上难以分析和研究。

m

t KA Q ?

=

间壁式换热器

间壁式换热器又叫表面式换热器,在这种换热器中,冷热两种流体被壁面隔开,在换热过程中,两种流体互不接触,热量由热流体通过壁面传给冷流体。

c c c mc

b

r a e u P AR N =对于强制对流

过程分解与合成方法

过程分解与合成方法是研究处

理复杂问题的一种有效方法,这一方法是将一个复杂的过程(或系统)分解为联系较少或相对独立的若干个子过程或子系统,分别研究各子过程本身特有的规律,再将各过程联系起来以考察各子过程之间的相互影响以及整体过程的规律。

应当注意的是在应用过程分解的方法研究工程

问题时,对每个子过程所得的结论只适用于局部。譬如通过实验研究得到了某一子过程的最优设计或操作参数,但子过程的最优并不等于整个过程的最优,通常整个过程在相当程度上受制于关键子过程的影响。在化学工程中,一般将这些关键子过程称为控制过程或控制步骤。

二. 实验环节

1. 实验体系:热流体为蒸气

冷流体为空气

2. 实验设备:套管式换热器

3. 实验内容

a.改变冷流体流量,测定冷、热流体的对流传热系数αC 、αh 及K

b.确定实验系统的N u 与R e 之间的关系

4. 实验原理

总传热速率方程为:Q=KA △t m

冷流体的对流传热方程为:Q c =αc A c △t mc 热流体的对流传热方程为:Q h =αh A h △t mh 由热量衡算得Q c ′=WC pc (t 2-t 1)

Q h ′=GC ph (T 1-T 2)

注意流体走向:液体

下进上出;蒸汽

上进下出;气体

无特殊要求。

6. 操作步骤

(1)正确切换阀门;开启不凝性气体排放阀;

(2)先开风机开关,后开加热开关;

(3)当下壁温大于80℃时,及时关闭不凝性气体

排放阀;

(4)改变气体流量后,须稳定3-5分钟再读取数据;

(5)实验结束时,关闭加热开关;

(6)数据处理并打印数据.

实验布点:空气流量为20、18、12、10m3/h

数据处理

根据测定和计算结果,在双对数坐标纸求出

Nu和Re之间的关系,并写出其关联式;

分析冷流体流量的变化对αc、αh和K的影响;

通过αc和αh的比较,指出过程控制步骤之所

在,提出强化传热的措施;计算K,并与实验

直接测得的K比较,两者有何差异,试分析原

因所在;

对实验数据和结果作误差分析,找出原因。

系数A ,B 的图解求取:

取对数

成线性关系选用双对数纸标绘曲线,在图上可得一根直线段,求其斜率b 和截距a ,进而可得系数A 和B 。* 求斜率b;求a B Ax y =x B A y lg lg lg +=bX

a Y +=5432112

3

45410×10× 1.4

实验四 传热实验0

实验四传热实验 一实验内容 测定单壳程双管程列管式换热器的总传热系数 二实验目的 1 了解影响传热系数的工程因素和强化传热操作的工程途径。 2 学会传热过程的调节方法。 三实验基本原理 工业上大量存在的传热过程(指间壁式传热过程)都是由固体内部的导热及冷热流体与固体表面间的给热组合而成。传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。 热流密度q 是反应具体传热过程速率大小的特征量。对q 的计算需引入壁面温度,而在实际计算时,壁温往往是未知的。为实用方便,希望避开壁温,直接根据冷热流体的温度进行传热速率计算 在间壁式换热器中,热量序贯的由热流体传给壁面左侧、再由壁面左侧传导至壁面右侧、最后由壁面右侧传给冷流体。在定态条件下,忽略壁面内外面积的差异,则各环节的热流密度相等,即 q =Q A =T ?T W 1 ɑh =T W ?t w δɑh =t w ?t 1ɑc ① 由①式可以得到 q =T ?t ɑh +δ+ɑc =推动力阻力② 由上式,串联过程的推动力和阻力具有加和性。上式在工程上常写为 Q=KA(T-t) ③

式中K=1 1 ɑh +δh +1ɑc ④ 式④为传热过程总热阻的倒数,称为传热系数,是换热器性能好坏的重要指标。比较①和④两式可知,给热系数α同流体与壁面的温差相联系,而传热系数K 则同冷热体的温差相联系。由于冷热流体的温差沿加热面是连续变化的,且此温度差与冷热流体的温度呈线性关系,故将③式中(T-t )的推动力用换热器两端温差的对数平均温差来表示,即 Q=KA Δt m ⑤ 热量衡算方程式 Q=q mc C pc (t 2-t 1)=q mh C ph (T 1-T 2)⑥ KA Δt m = q mc C pc (t 2-t 1) ⑦ Δt m =(T 1?t 2)?(T 2?t 1)ln T 1?t 2T 2?t 1 ⑧ K=qmc Cpc (t2?t1) A Δtm ⑨ 在换热器中,若热流体的流量q mh 或进口温度T 1发生变化,而要求出口温度T 2保持原来数值不变,可通过调节冷却介质流量来达到目的。但是这种调节作用不能单纯的从热量衡算的观点理解为冷流体流量大带走的热量多,流量小带走的热量少。根据传热基本方程式,可能来自Δt m 的变化,也可能来自K 的变化,而多数是由两者共同引起的。 如果ɑc ?ɑh ,调节q mc ,k 基本不变,调节作用主要靠Δt m 的变化。如果ɑc ?ɑh 或ɑc ≈ɑh ,调节q mc 将使q mc 和K 皆有较大变化,此时调节过程是两者共同的作用。 四实验设计 实验方案 实验物系:热流体选用热空气,冷流体选用自来水。

传热实验实验报告-传热实验报告

传热实验 一、实验目的 1、了解换热器的结结构及用途。 2、学习换热器的操作方法。 3、了解传热系数的测定方法。 4、测定所给换热器的传热系数K。 5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程,并实验之。 二、实验原理 根据传热方程 Q=KA△ tm,只要测得传热速率 Q,冷热流体进出口温度和传 热面积 A,即可算出传热系数 K。在该实验中,利用加热空气和自来水通过列管 式换热器来测定 K, 只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空 气的流量即可。Q 与自来水在工作过程中,如不考虑热量损失,则加热空气释放出的热量 1Q 得到的热量 Q 应相等,但实际上因热损失的存在,此两热量不等,实验中以 22为准。 三、实验流程和设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计 等组成。空气走管程,水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长 进行计算。 实验流程图: 空气进口水进口温度计 温度计列管式 转子流 换热器 转子流量计量计 风机温度计温度计 空气电 调节阀 加热器 传热系数K 测定实验流程图

四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程,掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。 2、实验开始时,先开水路,再开气路,最后再开加热器。 3、控制所需的气体和水的流量。 4、待系统稳定后,记录水的流量、进出口温度,记录空气的流量和进出 口温度,记录设备的有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变,改变自来水的流量,重复第四步。 6、保持第 4 步水的流量,改变空气的流量,重复第四步。 7、实验结束后,关闭加热器、风机和自来水阀门。 五、实验数据记录和整理 1、设备参数和有关常数 换热流型错流;换热面积 0.4 ㎡ 2、实验数据记录 序号风机出口空气流量空气进口温空气出口温度℃水流量水进口温度℃水出口温度℃2 度℃L/h 压强 mHO 读数 m3/h 1 1.61611029.28018.921.9 2 1.61611029.48018.921.9 1 1.61611029.96018.922.4 2 1.61611029.96018.922.3 1 1.61611031.92019.024.8 2 1.61611032.02019.024.9 1 1.61111029.62019.123.0 2 1.61111029.62019.023.0 1 1.6611027.82019.021.3 2 1.6611027.82019.021.3 3、数据处理 空气流量水流量水的算术水的比热 传热速对数平均换热面传热系数K 的平均 序号平均温容 J/ m3/s kg/s率 J/s温度△ t m积 m2K W/m2K值 W/m2K 度℃( kg·℃) 10.00440.022220.404183278.86736.24790.419.2333 19.1717 20.00440.022220.404183278.86736.48160.419.1101

大学物理实验课后题答案

近代物理 1. 是否可以测摆动一次的时间作周期值?为什么? 答:不可以。因为一次测量随机误差较大,多次测量可减少随机误差。 2. 将一半径小于下圆盘半径的圆盘,放在下圆盘上,并使中心一致,讨论此时三线摆的周期和空载时的周期相比是增大、减小还是不一定?说明理由。 答:当两个圆盘的质量为均匀分布时,与空载时比较,摆动周期将会减小。因为此时若把两盘看成为一个半径等于原下盘的圆盘时,其转动惯量I0小于质量与此相等的同直径的圆盘,根据公式(3-1-5),摆动周期T0将会减小。 3. 三线摆在摆动中受空气阻尼,振幅越来越小,它的周期是否会变化?对测量结果影响大吗?为什么? 答:周期减小,对测量结果影响不大,因为本实验测量的时间比较短。 实验2 金属丝弹性模量的测量 1. 光杠杆有什么优点,怎样提高光杠杆测量的灵敏度? 答:优点是:可以测量微小长度变化量。提高放大倍数即适当地增大标尺距离D或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离b,可以提高灵敏度,因为光杠杆的放大倍数为2D/b。 2. 何谓视差,怎样判断与消除视差? 答:眼睛对着目镜上、下移动,若望远镜十字叉丝的水平线与标尺的刻度有相对位移,这种现象叫视差,细调调焦手轮可消除视差。 3. 为什么要用逐差法处理实验数据? 答:逐差法是实验数据处理的一种基本方法,实质就是充分利用实验所得的数据,减少随机误差,具有对数据取平均的效果。因为对有些实验数据,若简单的取各次测量的平均值,中间各测量值将全部消掉,只剩始末两个读数,实际等于单次测量。为了保持多次测量的优越性,一般对这种自变量等间隔变化的情况,常把数据分成两组,两组逐次求差再算这个差的平均值。 实验三,随即误差的统计规律 1. 什么是统计直方图? 什么是正态分布曲线?两者有何关系与区别? 答:对某一物理量在相同条件下做n次重复测量,得到一系列测量值,找出它的最大值和最小值,然后确定一个区间,使其包含全部测量数据,将区间分成若干小区间,统计测量结果出现在各小区间的频数M,以测量数据为横坐标,以频数M为纵坐标,划出各小区间及其对应的频数高度,则可得到一个矩形图,即统计直方图。 如果测量次数愈多,区间愈分愈小,则统计直方图将逐渐接近一条光滑的曲线,当n趋向于无穷大时的分布称为正态分布,分布曲线为正态分布曲线。 2. 如果所测得的一组数据,其离散程度比表中数据大,也就是即S(x)比较大,则所得到的周期平均值是否也会差异很大? 答:(不会有很大差距,根据随机误差的统计规律的特点规律,我们知道当测量次数比较大时,对测量数据取和求平均,正负误差几乎相互抵消,各误差的代数和趋于零。 实验四电热法测量热功当量 1. 该实验所必须的实验条件与采用的实验基本方法各是什么?系统误差的来源可能有哪些? 答:实验条件是系统与外界没有较大的热交换,并且系统(即水)应尽可能处于准静态变化过程。实验方法是电热法。系统误差的最主要来源是系统的热量散失,而终温修正往往不能完全弥补热量散失对测量的影响。其他来源可能有①水的温度不均匀,用局部温度代替整体

化工原理实验传热实验报告

传热膜系数测定实验(第四组) 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热,固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂,影响因素多,机理不清楚,所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1)寻找影响因素 物性:ρ,μ ,λ,c p 设备特征尺寸:l 操作:u ,βg ΔT 则:α=f (ρ,μ,λ,c p ,l ,u ,βg ΔT ) 2)量纲分析 ρ[ML -3],μ[ML -1 T -1],λ[ML T -3 Q -1],c p [L 2 T -2 Q -1],l [L] ,u [LT -1], βg ΔT [L T -2], α[MT -3 Q -1]] 3)选基本变量(独立,含M ,L ,T ,Q-热力学温度) ρ,l ,μ, λ 4)无量纲化非基本变量 α:Nu =αl/λ u: Re =ρlu/μ c p : Pr =c p μ/λ βg ΔT : Gr =βg ΔT l 3ρ2/μ2 5)原函数无量纲化 6)实验 Nu =ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热:Nu =ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程: 热量衡算方程: 圆管传热牛顿冷却定律: 圆筒壁传导热流量:)]/()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量:54.02.26P q v ??= [m 3h -1,kPa] 空气的定性温度:t=(t 1+t 2)/2 [℃]

导热系数实验报告

一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品(橡胶盘、铝芯)、冰块 三、【实验原理】 1、良导体(金属、空气)导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面(设θ1>θ2),若平面面积均为S ,在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式: h S t Q ) (21θθλ-=?? (3-26-1) 式中, t Q ??为热流量;λ即为该物质的导热系数,λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ,在P 的上面放上待测样品B ,再把带发热器的圆铜盘A 放在B 上,发热器通电后,热量从A 盘传到B 盘,再传到P 盘,由于A,P 都是良导体,其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2,θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中,通过“传感器切换”开关G ,切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式(3-26-1)可以知道,单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置

2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中,R B 为样品的半径,h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时,θ1和θ2的值不变, 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等,因此,可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中,在读得稳定时θ1和θ2后,即可将B 盘移去,而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后,在将A 移开,让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况,然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体(橡皮)的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响,因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法,在稳态法中,先利用热源对样品加热,样品内部的温差使热量从高温向低温处传导,样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动;适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态,则待测样品内部可能形成稳定的温度分布,根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中,最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的,如呈周期性的变化,变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响,与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数,学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C .H .Le e s .首先使用平板法测量不良导体的导热系数,这是一种稳态法,实验中,样品制成平板状,其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触,下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多,可以认为热量只沿着上下方向垂直传递,横向由侧面散去的热量可以忽略不计,即可以认为,样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度,在同一平面内,各处的温度相同。 设稳态时,样品的上下平面温度分别为 12θθ,根据傅立叶传导方程,在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式:S h t Q B 21θθλ-=?? (1) 式中λ为样品的导热系数,B h 为样品的厚度,S 为样品的平面面积,实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ,则半径为B R ,则由(1)式得: 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? (2) 实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上,支撑着一个铜散热盘P ,散热盘P 可以借助底座内的风扇,达到稳定有效的散热。散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ,样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ,其面积也与样品B 的面积相同,加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热,可以设定加热盘的温度。

华理大物实验答案(误差与有效数字,基本测量)

误差与有效数字练习题答案 1.有甲、乙、丙、丁四人,用螺旋测微计测量一个铜球的直径,各人所得的结果表达如下:d 甲 =(1.2832±0.0003)cm ,d 乙 =(1.283±0.0003)cm ,d 丙 =(1.28±0.0003)cm ,d 丁 =(1.3±0.0003)cm ,问哪个人表达得正确?其他人错在哪里? 答:甲对。其他人测量结果的最后位未与不确定度所在位对齐。 2.一学生用精密天平称一物体的质量m ,数据如下表所示 : Δ仪 =0.0002g 请计算这一测量的算术平均值,测量标准误差及相对误差,写出结果表达式。 3.61232i m m g n ∑ = = A 类分量: (0.6831 1.110.0001080.000120S t n g =-=?= B 类分量: 0.6830.6830.0002 0.00 u g =?= ?=仪 合成不确定度:0.000182U g ====0.00018g 取0.00018g ,测量结果为: (3.612320.00018) m U g ±=± ( P=0.683 ) 相对误差: 0.00018 0.005%3.61232 U E m = == 3.用米尺测量一物体的长度,测得的数值为 试求其算术平均值,A 类不确定度、B 类不确定度、合成不确定度及相对误差,写出结果表达式。 cm n L L i 965.98=∑= , A 类分量: (0.6831S t n =-?0.006=0.0064cm B 类分量: 0.6830.6830.050.034u cm =?=?=仪 合成不确定度: 0.035U cm ====0.04cm 相对误差: %04.096 .9804.0=== L U E ( P=0.683 )

传热仿真实习实验指导

基本原理: 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α,当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为: (4-1) 对于强制湍流而言,Gr准数可以忽略,故 (4-2) 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=0.4(流体被加热)。这样,上式即变为单变量方程,再两边取对数,即得到直线方程: (4-3) 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: (4-4) 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: 实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。根据定性温度(冷空气进、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: (4-5) 式中: α—传热膜系数,[W/m2·℃]; Q—传热量,[W]; A—总传热面积,[m2]; △t m—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差,[℃]。 传热量Q可由下式求得: (4-6)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]; V—流体体积流量,[m3/s]。 设备参数: 孔板流量计: 流量计算关联式:V=4.49*R0.5 O),V——空气流量 (m3 /h) 式中:R——孔板压差(mmH 2 换热套管: 套管外管为玻璃管,内管为黄铜管。 套管有效长度:1.25m,内管内径:0.022m 计算方法、原理、公式: 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α,当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为: (4-1) 对于强制湍流而言,Gr准数可以忽略,故 (4-2) 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=0.4(流体被加热)。这样,上式即变为单变量方程,再两边 取对数,即得到直线议程: (4-3)

实验四 传热实验

实验四 气-汽对流传热实验 一、实验目的 ⒈了解套管换热器的结构。 ⒉通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数 的测定方 法,加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法,确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4 中常数A 、m 的值。 二、 实验原理 2.1 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中,空气走内管,蒸气走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定 i m i i S t Q ??= α (1) 式中:i α—管内流体对流传热系数,W/(m 2 ?℃); Q i —管内传热速率,W ; S i —管内换热面积,m 2; m t ?—内壁面与流体间的温差,℃。 m t ?由下式确定: 2 2 1t t t t w m +- =? (2) 式中:t 1,t 2 —冷流体的入口、出口温度,℃; t w —壁面平均温度,℃; 因为换热器内管为紫铜管,其导热系数很大,且管壁很薄,故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等,用t w 来表示。 管内换热面积: i i i L d S π= (3) 式中:d i —内管管内径,m ; L i —传热管测量段的实际长度,m 。 由热量衡算式: )(12t t Cp W Q m m i -= (4) 其中质量流量由下式求得: 3600 m m m V W ρ= (5) 式中:m V —冷流体在套管内的平均体积流量,m 3 / h ; m Cp —冷流体的定压比热,kJ / (kg ·℃);

m ρ—冷流体的密度,kg /m 3 。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得,2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1,t 2, t w , m V 可采取一定的测量手段得到。 2.2 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流,被加热状态,准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. (6) 其中: i i i d Nu λα= , m m i m d u μρ=Re , m m m Cp λμ=P r 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知,对于管内被加热的空气,普兰特准数Pr 变化不大,可以认为是常数,则关联式的形式简化为: 4 .0Pr Re m A Nu = (7) 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ,然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 2.3 实验的测量手段 ⑴ 空气流量的测量 空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。该孔板流量计在20℃时标定的流量和压差的关系式为: (8) 流量计在实际使用时往往不是20℃,此时需要对该读数进行校正: 20 2732731 20 1++=t V V t (9) 式中:P ?—孔板流量计两端压差,KPa ; 20V —20℃时体积流量, m 3 /h ; 1t V —流量计处体积流量,也是空气入口体积流量,m 3/h ; 1t —流量计处温度,也是空气入口温度,℃。 由于换热器内温度的变化,传热管内的体积流量需进行校正: 1 1273273t t V V m t m ++? = (10) 648 .020)(909.13P V ??=

对流传热实验实验报告

实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解,应用线性回归法,确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值; 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律; 3.掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中,冷水走内管,热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定 i i i S t Q ??= α (1) 式中:i α—管内流体对流传热系数,W/(m 2?℃); Q i —管内传热速率,W ; S i —管内换热面积,m 2; t ?—内壁面与流体间的温差,℃。 t ?由下式确定: 2 2 1t t T t w +- =? (2) 式中:t 1,t 2 —冷流体的入口、出口温度,℃; T w —壁面平均温度,℃; 因为换热器内管为紫铜管,其导热系数很大,且管壁很薄,故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等,用t w 来表示。 管内换热面积: i i i L d S π= (3) 式中:d i —内管管内径,m ; L i —传热管测量段的实际长度,m 。

由热量衡算式: )(12t t Cp W Q m m i -= (4) 其中质量流量由下式求得: 3600 m m m V W ρ= (5) 式中:m V —冷流体在套管内的平均体积流量,m 3 / h ; m Cp —冷流体的定压比热,kJ / (kg ·℃); m ρ—冷流体的密度,kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得,2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1,t 2, T w , m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流,被加热状态,准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. (6) 其中: i i i d Nu λα= , m m i m d u μρ=Re , m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知,对于管内被加热的空气,普兰特准数Pr 变化不大,可以认为是常数,则关联式的形式简化为: 4.0Pr Re m A Nu = (7) 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ,然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单,操作可靠,可用各种结构材料(主要是金属材料)制造,能在高温、高压下使用,是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形,

大学物理实验课后答案

实验一霍尔效应及其应用 【预习思考题】 1.列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。 霍尔系数,载流子浓度,电导率,迁移率。 2.如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型? 以根据右手螺旋定则,从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压为正,则样品为P型,反之则为N型。 3.本实验为什么要用3个换向开关? 为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电 流及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。总之,一共需要3个换向开关。 【分析讨论题】 1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5)测出的霍尔系数比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行? 若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。 2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源? 误差来源有:测量工作电流的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。 实验二声速的测量 【预习思考题】 1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定? 答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度。 2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的? 答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加交

传 热 综 合 实 验

传 热 综 合 实 验 一、实验目的 1.通过对本换热器的实验研究,可以掌握对流传热系数αi 的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解。。 2.应用线性回归分析方法,确定关联式Nu=ARemPr 0.4 中常数A 、m 的值。 3.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究,测定其准数关 联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu0,了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验原理 对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成: n m C Nu Pr Re = (1) 系数C 与指数m 和n 则需由实验加以确定。对于气体,Pr 基本上不随温度而变,可视为一常数,因此,式(1)可简化为: m A Nu Re = (2) 式中: λαd Nu 2= μ ρ du =Re 通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差,空气的进、出口温度和换热器的壁温(因 为换热器内管为紫铜管,其导热系数很大,且管壁很薄,故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等),根据所测的数据,经过查物性数据和计算,可求出不同流量下的Nu 和Re ,然后用线性回归方法确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。 三、 设备主要技术数据 1. 传热管参数: 表1 实验装置结构参数 2.空气流量计 (1) 由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。空气流量由公式[1]计算。 (第1套)6203.00)(113.18P V t ??=………………………………………………………………[1] (第2套)6203.00)(113.18P V t ??=………………………………………………………………[1] 其中, 0t V - 20℃ 下的体积流量,m 3/h ; P ?-孔板两端压差,Kpa

实验4传热(空气—蒸汽)

实验四:传热(空气—蒸汽)实验 实验目的 1.了解间壁式换热器的结构与操作原理; 2.学习测定套管换热器总传热系数的方法; 3.学习测定空气侧的对流传热系数; 4.了解空气流速的变化对总传热系数的影响。 基本原理: 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α,当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为: (4-1) 对于强制湍流而言,Gr准数可以忽略,故 (4-2) 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=0.4(流体被加热)。这样,上式即变为单变量方程,再两边取对数,即得到直线方程: (4-3) 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:

(4-4) 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: 实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。根据定性温度(冷空气进、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: (4-5)式中: α—传热膜系数,[W/m2·℃]; Q—传热量,[W]; A—总传热面积,[m2]; △tm—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差,

[℃]。 传热量Q可由下式求得: (4-6)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]; V—流体体积流量,[m3/s]。 注意事项: (1)、学校的设备大都是需要用电为差计测量电流然后计算温度的,此套设备比较先进,采用了数字显示仪表直接显示温度。 (2)、关于排放不凝气:如果不打开放气阀,理论上套管内的压力应该不断增大,最后爆炸,实际上由于套管的密封程度不是很好,会漏气,所以压力不会升高很多,基本可以忽略。另外不凝气的影响在实际是实验中并不是很大,在仿真实验中为了说明做了夸大。 (3)蒸汽发生器:关于蒸汽发生器的控制和安全问题做了简化。

传热膜系数实验报告

化工原理实验报告 实验三 传热膜系数测定实验 实验日期:2015年12月30日 班级: 学生姓名: 学号: 同组人: 报告摘要 本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—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强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。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、 目的及任务 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 的方法; 3.了解工程上强化传热的措施。 三、基本原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α,当流体无相变时对流传热准数关 系式的一般形式为:p n m Gr A Nu Pr Re 对于强制湍流而言。Gr 数可忽略,即

n m A 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系式中的指数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=0.4(流体被加热)。这样,上式即变为单变量方程,在两边取对数,得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图,求出直线斜率,即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值带入方程中,则可得系数A ,即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法,根据实验点确定直线位置有一定人为性。而用最小二乘法回归,可得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段,对多变量方程进行一次回归,就能的道道A 、m 、n 。 对于方程的关联,首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 μρ du = Re , λμ Cp = Pr , λαd Nu = 实验中改变空气的流量,以改变Re 值。根据定性温度(空气进、出口温度的算数平均值)计算对应的Pr 值。同时,由牛顿冷却定律,求出不同流速下的传热膜系数值,进而求得Nu 值。 牛顿冷却定律为 Q=αA △t m 式中α——传热膜系数,W/(m 2.℃);

华理大物实验报告

1实验名称 电桥法测中、低值电阻 一.目的和要求 1.掌握用平衡电桥法测量电阻的原理和方法; 2.学会自搭电桥,且用交换法测量电阻来减小和修正系统误差; 3.学会使用QJ-23型惠斯登电桥测量中值电阻的方法; 4.学会使用QJ-42型凯尔文双臂电桥测量低值电阻的方法; 二.实验原理 直流平衡电桥的基本电路如下图所示。 图中B A R R ,称为比率臂,Rs 为可调的标准电阻,称为比较臂,Rx 为待测电阻。在电路的对角线(称为桥路)接点BC 之间接入直流检流计,作为平衡指示器,用以比较这两点的电位。调节Rs 的大小,当检流计指零时,B ,C 两点电位相等AB AC U U =;BD CD U U = ,即B B A A R I R I =;S S X X R I R I =。因为检流计中无电流,所以X A I I =,S B I I =,得到电桥平衡条件 Rs R R Rx B A =。 三.实验仪器 直流电源,检流计,可变电阻箱,待测电阻,元器件插座板,QJ24a 型惠斯登直流电桥,QJ42型凯尔文双臂电桥,四端接线箱,螺旋测微计 四.实验方法 1.按实验原理图接好电路; 2.根据先粗调后细调的原则,用反向逐次逼近法调节,使电桥逐步趋向平衡。在调节过程中,先接上高值电阻R m ,防止过大电流损坏检流计。当电桥接近平衡时,合上K G 以提高桥路的灵敏度,进一步细调; 3.用箱式惠斯登电桥测量电阻时,所选取的比例臂应使有效数字最多。

五.数据记录与分析 (0.0010.002) S RS R m ?±+ 仪 =,其中 S R是电阻箱示值,m是所用转盘个数,RS σ ? ' = X R= X R σ= 所以 2 297.80.1 X R=±Ω, 3 1995.40.8 X R=±Ω 2.不同比例臂对测量结果的影响 3.用箱式惠斯登电桥测量电阻 4.用开尔文电桥测量低值电阻 铜棒平均直径d=3.975mm(多次测量取平均)(末读数-初读数) 电阻 2 4 R L L S d ρρ π ==,由下图中的拟合直线得出斜率00609 .0 4 2 = = d k π ρ ,则电阻率 () m k d ? Ω ? = ? ? ? = =- - 8 2 3 2 10 56 .7 4 10 975 .3 00609 .0 142 .3 4 π ρ

气—气传热综合实验操作讲义

深对其概念和影响因素的理解,并应用线性回归分析方法,确定关联式 Nu = A * Re * Pr 实验研究,测定其准数关联式 Nu = B * Re 中常数 B 、m 的值和强化比 Nu / Nu 0 ,了解强化 ② 对α i 的实验数据进行线性回归,求关联式 Nu=ARe Pr 中常数 A 、m 的值。 ② 对α i 的实验数据进行线性回归,求关联式 Nu=BRe 中常数 B 、m 的值。 气—气传热综合实验讲义 一、 实验目的: 1. 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数 α i 的测定方法,加 m 0.4 中常数 A 、m 的值; 2. 通过对管程内部插有螺旋线圈和采用螺旋扁管为内管的空气—水蒸气强化套管换热器的 m 传热的基本理论和基本方式; 3. 了解套管换热器的管内压降 ?p 和 Nu 之间的关系; 二、 实验内容: 实验一: ① 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数α i 。 m 0.4 ③ 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的管内压降 ?p 1。 实验二: ① 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数α i 。 m ③ 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的管内压降 ?p 2 。并在同一坐标系下绘制普通管 ?p 1 ~Nu 与强化管 ?p 2 ~Nu 的关系曲线。比较实验结果。 ④ 同一流量下,按实验一所得准数关联式求得 Nu 0,计算传热强化比 Nu/Nu 0。 三、 实验原理 实验一 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1. 对流传热系数α i 的测定 对流传热系数α i 可以根据牛顿冷却定律,用实验来测定。

套管换热器传热实验实验报告数据处理

套管换热器传热实验实验报告数据处理 我们组做的是实验I : 1, Q=m s1c 1 △t 1 求K 得先求Q Q=m s 1C 1△t 1 ,其中,C 1=所以得先求m s 1 , C 1, △t 1, ◇ 1m s1 =V s1 ρ 要得求V s1,V s1=u 1A ,V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2)-gR C 0为空流系数,C 0=0.855,A 0为空口面积,A 0的计算方法如下:A 0 =π4 d 02 , d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×(20.32 1000 )2=3.243293×10-4 m 2 R 为压计差读数 A=π4 d 2 ,d 为内管内径=20mm , 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1, ◇ 2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值,然后用内插法求得对应平均温 度对应的的C 1值 ◇ 3 求△t 1= t △ t 1 ,= t = t 1 + t 2 2 t 1 为进口温度 t 2 为出口温度 进口温度t 1的求解方法 由热电偶中的电位Vt ,按照公式求[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=得

Et ,再由852.4901004.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 1值 出口温度t 2的求解方法 由热电偶中的电位Vt ,按照公式[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=求得 Et ,再由852.49010 04.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 2值 由以上步骤求出 Q 2 ,由Q=KA △t m 求出K 值 K= Q A △t m Q 由第一步已经求出,A 为内管内径对应的面积,A=2π rL ,r=17.8mm=0.0178 m, A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ,Nu 流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时,对流传热准数关联式的函数关系为: (,,)l Nu f Re Pr d = 对于空气,在实验范围内,Pr 准数基本上为一常数;当管长与管径的比值大于50 时,其值对 Nu 的影响很小;则 Nu 仅为 Re 的函数,故上述函数关系一般可以处理成: m Nu aRe = 式中,a 和 m 为待定常数。 Re=du ρ μ d=2×0.0178 m =0.0356 m , u=Vs/(π×0.01782 )μ 和ρ用内插法,先查表 的相近温度的μ,ρ,再用线性关系计算求得。 测量空气一侧管壁的中区壁温T W ,由热电偶按前面公式求得;由下式可以计算空气与管壁

大学物理实验习题参考答案

习 题(参考答案) 2.指出下列测量值为几位有效数字,哪些数字是可疑数字,并计算相对不确定度。 (1) g =(9.794±0.003)m ·s 2 - 答:四位有效数字,最后一位“4”是可疑数字,%031.0%100794 .9003 .0≈?= gr U ; (2) e =(1.61210±0.00007)?10 19 - C 答:六位有效数字,最后一位“0”是可疑数字,%0043.0%10061210 .100007 .0≈?= er U ; (3) m =(9.10091±0.00004) ?10 31 -kg 答:六位有效数字,最后一位“1”是可疑数字,%00044.0%10010091 .900004 .0≈?= mr U ; (4) C =(2.9979245±0.0000003)8 10?m/s 答:八位有效数字,最后一位“5”是可疑数字 1.仪器误差为0.005mm 的螺旋测微计测量一根直径为D 的钢丝,直径的10次测量值如下表: 试计算直径的平均值、不确定度(用D 表示)和相对不确定度(用Dr 表示),并用标准形式表示测量结果。 解: 平均值 mm D D i i 054.210110 1 ==∑=

标准偏差: mm D D i i D 0029.01 10)(10 1 2 ≈--= ∑=σ 算术平均误差: m m D D i i D 0024.010 10 1 ≈-= ∑=δ 不确定度A 类分量mm U D A 0029.0==σ, 不确定度B 类分量mm U B 005.0=?=仪 ∴ 不确定度mm U U U B A D 006.0005.00029.0222 2≈+=+= 相对不确定度%29.0%100054 .2006 .0%100≈?=?= D U U D Dr 钢丝的直径为:%29.0)006.0054.2(=±=Dr D mm D 或 不确定度A 类分量mm U D A 0024.0==δ , 不确定度B 类分量mm U B 005.0=?=仪 ∴ 不确定度mm U U U B A D 006.0005.00024.0222 2≈+=+= 相对不确定度%29.0%100054 .2006 .0%100≈?=?= D U U D Dr 钢丝的直径为: %29.0)006.0054.2(=±=Dr D mm D ,%00001.0%1009979245 .20000003 .0≈?= Cr U 。 3.正确写出下列表达式 (1)km km L 310)1.01.3()1003073(?±=±= (2)kg kg M 4 10)01.064.5()13056430(?±=±= (3)kg kg M 4 10)03.032.6()0000030.00006320.0(-?±=±= (4)s m s m V /)008.0874.9(/)00834 .0873657.9(±=±= 4.试求下列间接测量值的不确定度和相对不确定度,并把答案写成标准形式。

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