传热膜系数测定实验报告

学生实验报告姓名：张道兴学号： 200811226 专业：化学工程与工艺班级：化工0808 同组人员：张可人，张文芊，余斌课程名称：化工原理实验实验名称：传热膜系数测定实验实验日期： 2010.12.6 批阅日期：成绩：教师签名：实验名称：传热膜系数测定实验报告摘要：本实验采用比较的方法来测得传热系数K 以及传热膜系数α，及在前人的基础上，利用水蒸气-空气传热系统进行试验，并获取相关经验关联式的各项常数，方法简单，可靠。

一、 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 、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；4. 测定套管换热器的静压损失与雷诺损失的关系。

二、 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 Prlg4.0m 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mNuA 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μρdu =Re ，λμCp =Pr ，λαdNu =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.℃)； Q ——穿热量，W ；A ——总传热面积，m 2；△t m ——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，℃。

穿热量可由下式求得3600/)(3600/)(1212t t c V t t W c Q p s p -=-=ρ式中W ——质量流量，kg/h ；c p ——流体的比定压热容，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 3； V s ——流体体积流量，m 3/h ；空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量V s 与孔板流量计压差△p 的关系式为 V s =26.2△p0.54式中△p ——孔板流量计压降，kPa ；V s ——空气流量，m 3/h 。

三、 装置和流程1. 设备说明本实验空气走内管，蒸汽走环隙。

内管为黄铜管，其管径为Ф(25×2)mm ，有效长度为1.25m 。

空气进出口温度和壁温分别由铂电阻和热电偶测得。

测量空气进出口温度的铂电阻应置于进出管的中心。

测量管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁的两端。

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，最大鸭梨17.50kPa ，最大流量100 m 3/h 。

2. 采集系统说明 (1) 压力传感器本实验装置采用ASCOM5320型鸭梨传感器，其测量范围为0—20kPa 。

(2) 显示仪表本实验中所有温度和压差均由人工智能仪表读取，测量点分别为：孔板压降，进出口温度，壁温。

3. 流程说明 流程图如下：1、风机2、孔板流量计3、空气流量调节阀补水口4、空气入口测温点5、空气出口测温点312487511121310966、水蒸气入口壁温7、套管换热器8、放气阀9、冷凝液回流管10、蒸汽发生器 11、补水漏斗 12、补水阀 13、排水阀四、操作要点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。

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(10组数据)，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。

五、数据处理1．原始数据记录如下：传热膜系数测定原始数据表（未强化）d=0.02m,l=1.25m组数D P(kPa) 空气进口温度t1（o C）空气出口温度t2（o C）进口壁温T w1（o C）出口壁温T w2（o C）1 2.9835.264.8100.199.92 2.3836.166.2100.299.83 1.8435.966.7100.199.94 1.3634.966.9100.199.95 0.9533.766.9100.11006 0.6332.367100.11007 0.523166.9100.11008 0.423066.9100.1100.19 0.3329.167100.1100传热膜系数测定原始数据表（强化后）d=0.02m,l=1.25m组数D P(kPa) 空气进口温度t1（o C）空气出口温度t2（o C）进口壁温T w1（o C）出口壁温T w2（o C）1 1.5541.179.8100.1100.12 1.0141.181.3100.3100.13 0.714081.9100.4100.24 0.453882.6100.2100.15 0.253683.6100.3100.360.21 34.5 83.9 100.1 100.12．数据处理传热膜系数测定计算数据表（物性计算）d=0.02m,l=1.25m组数 Vs （m 3/h ）空气 定性温度 t （o C ） 平均壁温 Tw （o C ） 空气密度 ρ（kg/m 3） 空气粘度 μ （mPa ·s ） 空气热容 C p （Kj/（kg ·K ）） 导热系数λ（W ·m -1·K -1）1 47.24750 100 1.0965 0.0196 1.00409639 0.028213 2 41.846 51.15 100 1.092475 0.0196575 1.00444487 0.028298 3 36.417 51.3 100 1.09195 0.019665 1.00452128 0.028309 4 30.932 50.9 100 1.09335 0.019645 1.00453134 0.02828 5 25.484 50.3 100.05 1.09545 0.019615 1.00450457 0.028235 6 20.415 49.65 100.05 1.097725 0.0195825 1.00446468 0.028187 7 18.405 48.95 100.05 1.100175 0.0195475 1.00442185 0.028135 8 16.400 48.45 100.1 1.101925 0.0195225 1.00437617 0.028098 914.39848.05 100.05 1.1033250.0195025 1.00434381 0.028069传热膜系数测定计算数据表（准数计算）d=0.02m,l=1.25m组数流速 U （m 3/s ）传热速率 Q （W ） 对数平均温差 D Tm（kg/m 3）传热膜系数а （W ·m -2·K -1） 雷诺准数Re 普朗特准数Pr努赛尔准数а 1 41.776 427.860 48.504 112.314 46742 0.697803 79.619 2 37.000 383.961 47.263 103.436 41125.64 0.697799 73.106 3 32.200 341.757 47.031 92.521 35759.24 0.697798 65.365 4 27.350 301.975 47.3099 81.270 30443.61 0.6978 57.476 5 22.533 258.604 47.845 68.81825168.240.697802 48.7466 18.051 216.961 48.342 57.143 20237.05 0.697805 40.5467 16.274 202.812 48.924 52.781 18318.51 0.697808 37.520 8 14.501 186.043 49.373 47.977 16370.02 0.697811 34.149 912.730167.962 49.610 43.107 14404.180.69781330.715传热系数相关计算（以第一组数据为例）： 空气定性温度：1235.264.85022o t t t C ++=== 平均壁温：12100.199.910022o W W T T t C ++=== 流量计算： 0.540.54326.226.2 2.9847.247/s V Pm h =∆=⨯=定性温度下：空气密度计算：31.2715-0.0035t=1.2715-0.003550=1.0965 kg/m ρ=⨯⨯ 空气粘度计算：55(1.710.005)10(1.710.00550) 0.000019610Pa t s μ--+===⨯⨯+⨯⨯空气导热系数计算:2112(2.45130.0074)10(2.45130.007450)100.027806 K t W m λ----=+⨯⨯=+⨯⨯=空气热容计算：32931246118.3145(3.653 1.33710 3.29410 1.913100.276310) 1.004444/2879p t k kg t K C t J t ------=⨯-⨯+⨯-⨯+⨯=传热速率计算：21()/3600 427.8603W s p Q V C t t ρ=-= 对数平均温差计算：1212)()(10035.2)(10064.8)48.504()(10035.2)ln ln (10064.8)()o w w m w w T t T t t C T t T t ------∆===----（给热系数计算：2147.8603112.314/()0.0248.504m Q W m K A t απ--===∆⨯流速计算： 224447.247 41.77579/0.023600q v u m s d ππ⨯===⨯雷诺数计算： 0.0247.776 1.0965Re 467420.0000196du ρμ⨯⨯=== 普朗特准数计算： Pr 0.6978Cp μλ==努赛尔准数计算： 79.61863dNu αλ==强化后相关数据处理强化后传热膜系数测定计算数据表（物性计算）d=0.02m,l=1.25m组数Vs （m 3/h ） 空气 定性温度 t （o C ） 平均壁温 Tw （o C ） 空气密度 ρ（kg/m 3）空气粘度 μ （mPa ·s ） 空气热容 C p （Kj/（kg ·K ）） 导热系数λ（W ·m -1·K -1）133.196 60.45 100.1 1.059925 0.0201225 1.00518367 0.028986 2 26.341 61.2 100.2 1.0573 0.02016 1.0052405 0.029042 321.776 60.95 100.3 1.0581750.0201475 1.0052215 0.0290234 17.02360.3100.15 1.060450.020115 1.005172360.0289755 12.39359.8100.3 1.06220.02009 1.005134830.0289386 11.28059.2100.1 1.06430.02006 1.005090080.028894强化后传热膜系数测定计算数据表（准数计算）d=0.02m,l=1.25m组数流速U（m3/s）传热速率Q（W）对数平均温差D Tm（kg/m3）传热膜系数а（W·m-2·K-1）雷诺准数Re普朗特准数Pr努赛尔准数а1 29.35128380.197736.273112.31430920.760.69780692.08212 23.29064312.627135.261103.43624429.760.6978177.740493 19.25429269.594835.30092.52120225.240.69780867.00914 15.0516224.801535.27181.27015870.220.69780556.013765 10.95811174.95435.30868.81811587.560.69780343.603686 9.973471165.574435.32257.14310583.020.697841.31266六、实验结论及误差分析以实验数据在单对数坐标下关联图如下：经指数拟合如下：强化传热前，Nu/(Pr)^0.4=0.0429Re^0.7563则Nu=0.0429Re0.7564Pr0.4强化后拟合结果：Nu/(Pr)^0.4=0.0139Re^0.8199则Nu=0.0139Re0.8199Pr0.4误差及结果分析：公认关联式中，其中A=0.023，而实验给出的A 相差较大，而实验的m 值与公认的m=0.8相差并那么明显。