1、傳熱膜系數(shù)測定實驗(第四組)一、實驗?zāi)康?、了解套管換熱器的結(jié)構(gòu)和壁溫的測量方法2、了解影響給熱系數(shù)的因素和強化傳熱的途徑3、體會計算機采集與控制軟件對提高實驗效率的作用4、學(xué)會給熱系數(shù)的實驗測定和數(shù)據(jù)處理方法二、實驗內(nèi)容1、 測定空氣在圓管內(nèi)作強制湍流時的給熱系數(shù)a12、 測定加入靜態(tài)混合器后空氣的強制湍流給熱系數(shù)a'3、回歸a和a聯(lián)式Nu A Rea P4中的參數(shù)A、a*4、測定兩個條件下銅管內(nèi)空氣的能量損失二、實驗原理間壁式傳熱過程是由熱流體對固體壁面的對流傳熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對 冷流體的對流傳熱三個傳熱過程所組成。由于過程復(fù)雜，影響因素多，機理不清楚，所以采用量綱分

2、析法來確定給熱系數(shù)。尋找影響因素 物性：p ,則： 量綱分析P ML-3,1)2)3)4)5)，入q設(shè)備特征尺寸：I 操作：u,3 g ATa=f ( p,!,入 Cp , l , u ,3 g AT! ML-1 T-1, 4ML T-3 Q-1 , Cp L2 T-2 Q-1 , IL , WLT"1, 旳 at L T2,選基本變量(獨立，含p , 1 , 口，入無量綱化非基本變量a： Nu =a/ 入原函數(shù)無量綱化Ilu一 F ,aMT-3 Q-1M，L, T，Q-熱力學(xué)溫度)u: Re=pu/j!Cp：Pr=Cp口 / 入 3 g AGr=3 gAlTp2/口 232g tl

3、2實驗Nu = AReT PP Grc強制對流圓管內(nèi)表面加熱： 圓管傳熱基本方程：Q K1 A® t2) (T2 tJ6)Nu = ARealnTK1 AItmt1熱量衡算方程：Q qm1C p1(T1圓管傳熱牛頓冷卻定律:(tw2T2)qm2Cp3(t2tjQ 1 A!圓筒壁傳導(dǎo)熱流量:(tw1 t2)lntw1t2A2A1ti)2 A2(TiTwi) (T2Tw2)In(A2 /AJ空氣流量由孔板流量測量：qv 26.2空氣的定性溫度：t=(t 1 +t2)/2 C InT_T2Tw2(Tw2t w2 ) (Tw1tw1 )In Tw2tw2)/(Tw1tw1)p0.54m3h-

4、1 , kPa三、實驗流程10111、蒸汽發(fā)生器2、蒸汽管3、補水漏斗4、補水閥5、排水閥6、套管換熱器7、放氣閥8冷凝水回流管9、空氣流量調(diào)節(jié)閥10、壓力傳感器11、孔板流量計12、空氣管13、風(fēng)機圖1、傳熱實驗流程100C 的1、壁套管換熱器內(nèi)管為027X黃銅管，長，走冷空氣，外管為耐高溫玻璃管，殼程走熱蒸汽。進、出口溫度由鉑電阻(P t100)測量，使用時測溫點位于管道中心。壁溫溫2由熱電偶測量，測溫點通過錫焊嵌入管壁中心，測量值為壁中心溫度。蒸汽發(fā)生器加熱功率為，變頻器為西門子 420型，風(fēng)機為XGB型旋渦氣泵，最大靜風(fēng)壓17kPa,最大流量100 m3/h。此外，還用到了北京化工大學(xué)

5、化工原理實驗室開發(fā)的數(shù)據(jù)采集與控制軟件。四、實驗操作1、 檢查蒸汽發(fā)生器中的水位，約占液位計高度4/5左右，如不夠需加水；2、 按下總電源、加熱器、風(fēng)機綠色按鈕，開儀表開關(guān)，等待20分鐘套管間充滿水蒸汽;3、約到15分鐘時，觀察壁溫1、壁溫2的變化以及水蒸汽的滴狀冷凝情況；4、當(dāng)有蒸汽和不凝性氣體從套管間排出時，全開流量調(diào)節(jié)閥，用鼠標(biāo)點擊上圖中綠色按鈕啟動風(fēng)機預(yù)熱設(shè)備 5分鐘；5、通過計算機間隔 34Hz調(diào)節(jié)頻率10750710Hz,每個點穩(wěn)定約分鐘記錄數(shù)據(jù)，注 意隨時查看結(jié)果，調(diào)整布點及發(fā)現(xiàn)錯誤等；6、加入靜態(tài)混合器進行強化傳熱實驗，先將出口溫度計拔出，旋轉(zhuǎn)放入混合器，再將溫度計放回中心位置

6、。調(diào)節(jié)頻率10750Hz,孔板壓降最小值大于；7、測完數(shù)據(jù)關(guān)風(fēng)機，2分鐘后，檢查壁溫 100C基點偏差；&關(guān)閉加熱器，與6步相同取出靜態(tài)混合器放好，檢查液位加水，關(guān)閉計算機。序號空氣空氣壁溫壁溫孔板氣速空氣流熱流量給熱系數(shù)入口出口12壓降u量Q/W/W*m -2K-1C五、實驗數(shù)據(jù)表1選擇上行數(shù)據(jù) 空氣普通對流給熱系數(shù)表(l=,d=0.020m ), 100 C基點=溫度/ C溫度1 CT1/CT2/C/Kpa/m*s -1/m 3*h -11100236534530666100789271011100NuPrReNu/PrAlog(Nu/PrAlogRe577934753047191

7、296342263817694142261191094681196410795C序號空氣 入口 溫度/ C空氣 出口 溫度/ C壁溫1T1/C壁溫2T2/ C孔板 壓降/Kpa氣速u/m*s -1空氣流 量/m 3*h-1熱流量Q/W給熱系數(shù)/W*m -2K-112310045673283392空氣強化對流給熱系數(shù)表（加入混合器），100 C基點=NuPrReNu/P"log(Nu/PrA718379409288113281533619200237222873534143六、實驗結(jié)果作圖及分析 數(shù)據(jù)處理： 已知公式：430.7063 2 10 t kg/m (1.710.005t)

8、10 5Pa s(2.4513 0.0074t)0.70632 10 4t1.005KJ (Kg K)10 2 w/(m k)PrCp以表1中第一組數(shù)據(jù)為例：從(tw t1) (tw t2) c = (99.65m= a t1)(twt2)31.2)(99.65501 09 c,(99.65 31.7)In(99.6561.7)Vs26.2 P0.5426.2 4.270'5457.38 m3VsCp(t2ti)/3600 1.1072 57.381005(61.7-31.2)/3600 558.63J s-1QA tm558.633.14 0.02 1.25 51.09139.28

9、wm-2 K 1Nu99.530.0280Redu4qm4 Vs4 1.d3600 d3600 3.14Nu99.53115.000.4Pr0.6970.4Pr0.7063 210 4t = 10-4*=由公式ig先Ig A mig Re 可知，分別對d139.28 0.02107257.380.02 1.94 10-557793.99Nu/Pr0.4和Re取對數(shù)，并作圖所作出的直線的斜率即為m ;截距即為IgA.。 普通y=0.73x-1.68實驗數(shù)據(jù)線性（實驗數(shù)據(jù)）log Re由圖可知：m=,igA=,進而得出A=。因此得出關(guān)聯(lián)結(jié)杲為：Nu 0.013Re Pr ，繼而得出傳熱膜系數(shù)0.0

10、13 （旦）0.76（乩嚴(yán)d強化后雙對數(shù)坐標(biāo)?實驗數(shù)據(jù)線性（實驗數(shù)據(jù)）Re3.00200(3.00)y=0.81x-1.622.004.00'000(2.0_(1.00)0-006.00*強化實驗數(shù)據(jù) 線性(強化實驗數(shù)據(jù))logRe由圖可知：m=igA=進而得出A=。因此得出關(guān)聯(lián)結(jié)果為：Nu0.024Re°.81 Pr°.4繼而傳熱膜系數(shù)du、 0.73 ,cp、0.4叫)0.)實驗結(jié)果分析：傳熱膜系數(shù)公認(rèn)的關(guān)聯(lián)式為0.023 (型)0.8(也嚴(yán)，而實驗得出 d的關(guān)系式為0.013(3)0.73()0.4?？梢钥闯鱿禂?shù) A=有差距，指數(shù)a=也與公認(rèn)式 d中a=有一定

11、的誤差因素，比如說：管壁不夠光滑；管件材料不可能完全相同；還有實驗中 Pr在左右，不滿足公認(rèn)式的條件(<Pr<160)，會引起一定的誤差。七、思考題1、本實驗中管壁溫度應(yīng)接近蒸汽溫度還是空氣溫度為什么答：管壁的壁溫接近蒸汽溫度，因為蒸汽的傳熱膜系數(shù)較大，壁溫更接近于傳熱膜系數(shù)大的一面。2、蒸汽發(fā)生器中的水是循環(huán)利用的，為什么每次實驗還檢查液位補水答：因為有部分蒸汽從排氣孔向外排出了。因此實驗設(shè)備里的總水量減少了，所以要在下次實驗前加水補液位。3、如果采用不同壓強的蒸汽進行實驗，對a的關(guān)聯(lián)式有無影響說明原因。答：由公式Nu ARem Prn，發(fā)現(xiàn)其變量均與壓強的值無關(guān)，故采用不同的蒸汽壓無影響。27 X,結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，K1,占總熱阻1/ Ki的百分比。4、水蒸汽的溫度是100 C，管道尺寸是0(1) 計算套管換熱器總傳熱系數(shù)(2) 計算空氣一側(cè)的熱阻 1/ a1 答：( 1)1/a2=(T-Tw)/q=/=,1/a1= (tw-t)/q= 貝U K=1/(1/a1+1/a2+