傳熱膜系數(shù)測定實驗報告

學生實驗報告姓名： 張道興學號：200811226專業(yè)： 化學工程與工藝田班級：化工0808同組人員： 張可人，張文芊，余斌 課程名稱： 化工原理實驗 實驗名稱： 傳熱膜系數(shù)測定實驗 實驗日期：2010.12.6批閱日期: 成績： 教師簽名： 實驗名稱：傳熱膜系數(shù)測定實驗報告摘要：本實驗采用比較的方法來測得傳熱系數(shù)K以及傳熱膜系數(shù)a及在前人的基礎上，利用水蒸氣-空氣傳熱系統(tǒng)進行試驗，并獲取相關經(jīng)驗關聯(lián)式的各項常數(shù)，方法簡單，可靠。一、 目的及任務掌握傳熱膜系數(shù)a及傳熱系數(shù)K的測定方法；通過實驗掌握確定傳熱膜系數(shù)準數(shù)關系式中的系數(shù)A和指數(shù)m、n的方法；通過實驗提高對準數(shù)關系式的理解，并分析影響a的因素，了解工程上強化傳熱的措施；測定套管換熱器的靜壓損失與雷諾損失的關系。二、 基本原理對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜系數(shù)a，當流體無相變時對流傳熱準數(shù)關系式的一般形式為：Nu=ARemPrnGrp對于強制湍流而言。Gr數(shù)可忽略，即Nu=ARemPrn本實驗中，可用圖解法和最小二乘法計算上述準數(shù)關系式中的指數(shù)m、n和系數(shù)A。用圖解法對多變量方程進行關聯(lián)時，要對不同變量Re和Pr分別回歸。本實驗可簡化上式，即取n=0.4（流體被加熱）。這樣，上式即變?yōu)閱巫兞糠匠蹋趦蛇吶?shù)，得到直線方程為lg =lgA+mlgRePr0.4在雙對數(shù)坐標中作圖，求出直線斜率，即為方程的指數(shù)m。在直線上任取一點函數(shù)值帶入方程中，則可得系數(shù)A,即Pr0.4Rem用圖解法，根據(jù)實驗點確定直線位置有一定人為性。而用最小二乘法回歸，可得到最佳關聯(lián)結果。應用計算機輔助手段，對多變量方程進行一次回歸，就能的道道A、m、n。對于方程的關聯(lián)，首先要有Nu、Re、Pr的數(shù)據(jù)組。其特征數(shù)定義式分別為Re=如，Pr=竿，Nu占卩 九 九實驗中改變空氣的流量，以改變Re值。根據(jù)定性溫度（空氣進、出口溫度的算數(shù)平均值）計算對應的Pr值。同時，由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數(shù)值，進而求得Nu值。牛頓冷卻定律為Q=aA^tm式中a——傳熱膜系數(shù)，W/（m2°C）；Q 穿熱量，W；A 總傳熱面積，m2；△t——管壁溫度與管內流體溫度的對數(shù)平均溫差，C。m穿熱量可由下式求得Q=Wc(t-1)/3600=pVc(t-1)/3600p21sp21式中W 質量流量，kg/h；cp 流體的比定壓熱容，J/(kg.°C)；t1,t2——流體進、出口溫度，C；p——定性溫度下流體密度，kg/m3； 流體體積流量，m3/h；$空氣的體積流量由孔板流量計測得，其流量匕與孔板流量計壓差的關系式為=26.280.54s式中 孔板流量計壓降，kPa；V——空氣流量，m3/h。$三、 裝置和流程1.設備說明本實驗空氣走內管，蒸汽走環(huán)隙。內管為黃銅管，其管徑為①(25X2)mm,有效長度為1.25m?？諝膺M出口溫度和壁溫分別由鉑電阻和熱電偶測得。測量空氣進出口溫度的鉑電阻應置于進出管的中心。測量管壁溫度用一支鉑電阻和一支熱電偶分別固定在管外壁的兩端。孔板流量計的壓差由壓差傳感器測得。實驗使用的蒸汽發(fā)生器由不銹鋼材料制成，裝有玻璃液位計，加熱功率為1.5kW。風機采用XGB型漩渦氣泵，最大鴨梨17.50kPa,最大流量100m3/h。采集系統(tǒng)說明壓力傳感器本實驗裝置采用ASCOM5320型鴨梨?zhèn)鞲衅?，其測量范圍為0—20kPa。顯示儀表本實驗中所有溫度和壓差均由人工智能儀表讀取，測量點分別為：孔板壓降，進出口溫度，壁溫。10、蒸汽發(fā)生器 10、蒸汽發(fā)生器 11、補水漏斗12、補水閥 13、排水閥四、 操作要點實驗開始前，先弄清配電箱上各按鈕與設備的對應關系，以便正確開啟按鈕。檢查蒸汽發(fā)生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/2—2/3。打開總電源開關。實驗開始時，關閉蒸汽發(fā)生器補水閥，啟動風機，并接通蒸汽發(fā)生器的加熱電源，打開放氣閥。將空氣流量控制在某一值。待儀表數(shù)值穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)，改變空氣流量(10組數(shù)據(jù))，重復實驗，記錄數(shù)據(jù)。實驗結束后，先停蒸汽發(fā)生器電源，再停風機，清理現(xiàn)場。五、 數(shù)據(jù)處理1．原始數(shù)據(jù)記錄如下：傳熱膜系數(shù)測定原始數(shù)據(jù)表(未強化)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)DP(kPa)空氣進口溫度t(oC)空氣出口溫度t(oC)進口壁溫T,(oC)出口壁溫T.(oC)12.9835.264.8W1100.1W299.922.3836.166.2100.299.831.8435.966.7100.199.941.3634.966.9100.199.950.9533.766.9100.110060.6332.367100.110070.523166.9100.110080.423066.9100.1100.190.3329.167100.1100傳熱膜系數(shù)測定原始數(shù)據(jù)表(強化后)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)DP(kPa)空氣進口溫度t(oC)空氣出口溫度t(oC)進口壁溫T,(oC)出口壁溫T.(oC)11.5541.1“79.8W1100.1W2100.121.0141.181.3100.3100.130.714081.9100.4100.240.453882.6100.2100.150.253683.6100.3100.30.2134.583.9100.1100.12．數(shù)據(jù)處理傳熱膜系數(shù)測定計算數(shù)據(jù)表(物性計算)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)Vs(m3/h)空氣定性溫度t(oC)平均壁溫Tw(oC)空氣密度P(kg/m3)空氣粘度M(mPa?s)空氣熱容Cp(Kj/(kg?K))導熱系數(shù)入(W?m-i?K-1)147.247501001.09650.01961.004096390.028213241.84651.151001.0924750.01965751.004444870.028298336.41751.31001.091950.0196651.004521280.028309430.93250.91001.093350.0196451.004531340.02828525.48450.3100.051.095450.0196151.004504570.028235620.41549.65100.051.0977250.01958251.004464680.028187718.40548.95100.051.1001750.01954751.004421850.028135816.40048.45100.11.1019250.01952251.004376170.028098914.39848.05100.051.1033250.01950251.004343810.028069傳熱膜系數(shù)測定計算數(shù)據(jù)表(準數(shù)計算)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)流速U(m3/s)傳熱速率Q(W)對數(shù)平均溫差傳熱膜系數(shù)雷諾準數(shù)Re普朗特準數(shù)Pr努賽爾準數(shù)aDTm(kg/m3)a(W?m-2?K-i)141.776427.86048.504112.314467420.69780379.619237.000383.96147.263103.43641125.640.69779973.106332.200341.75747.03192.52135759.240.69779865.365427.350301.97547.309981.27030443.610.697857.476522.533258.60447.84568.81825168.240.69780248.746618.051216.96148.34257.14320237.050.69780540.546716.274202.81248.92452.78118318.510.69780837.520814.501186.04349.37347.97716370.020.69781134.149912.730167.96249.61043.10714404.180.69781330.715傳熱系數(shù)相關計算(以第一組數(shù)據(jù)為例)：C^―~zr—空氣定性溫度：t=號2=C^―~zr—平均壁溫：T+T

t平均壁溫：T+T

t=—W1 W2100.1+99.92=100oC流量計算：V=26.2AP0.54=26.2x2.98o.54=47.247m3/hs定性溫度下：空氣密度計算：P=1.2715-0.0035xt=1.2715-0.0035x50=1.0965kg/m3空氣粘度計算：r二(1.71+0.005xt)X10-5二(1.71+0.005x50)x10-5二0.0000196PaDs空氣導熱系數(shù)計算:九二(2.4513+0.0074xt)x10-2二(2.4513+0.0074x50)x10-2二0.027806WDn-1DK-1空氣熱容計算：C=8.3145x(3.653—1.337x10-31+3.294x10-612—1.913x10-913+0.2763x10-1214)/29p=1.00444487kJDg-1DK-1傳熱速率計算：Q=PVC(t—t)/3600=427.8603Wsp2 1對數(shù)平均溫差計算：At二n(T—對數(shù)平均溫差計算：At二n(T—t)-(T—t) (100—35.2)-(100—64.8) 1 w-1n(T-t)Inw—1—(T-1)w2ln(100-35.2)

n(100-64.8)二48.504oC給熱系數(shù)計算：“卷n47.86030.02x48.504112.314W/(n-2DK-1)流速計算：4qv流速計算：4qvu=—兀d24x47.247兀0.022x360041.77579n/s雷諾數(shù)計算：du雷諾數(shù)計算：duPRe=—0.02x込x1.°965=467420.0000196普朗特準數(shù)計算：Pr=竽=0.6978ad努賽爾準數(shù)計算：Nu= =79.61863九強化后相關數(shù)據(jù)處理強化后傳熱膜系數(shù)測定計算數(shù)據(jù)表(物性計算)d=0.02m,l=1.25m組數(shù)Vs(m3/h)空氣定性溫度t(oC)平均壁溫Tw(oC)空氣密度P(kg/m3)空氣粘度M(mPa?s)空氣熱容Cp(Kj/(kg?K))導熱系數(shù)入(W?m-i?K-1)133.19660.45100.11.0599250.02012251.005183670.028986226.34161.2100.21.05730.020161.00524050.029042321.77660.95100.31.0581750.02014751.00522150.029023

417.02360.3100.151.060450.0201151.005172360.028975512.39359.8100.31.06220.020091.005134830.028938611.28059.2100.11.06430.020061.005090080.028894強化后傳熱膜系數(shù)測定計算數(shù)據(jù)表（準數(shù)計算）d=0.02m,l=1.25m組數(shù)流速傳熱速率對數(shù)平均溫差傳熱膜系數(shù)雷諾準數(shù)普朗特準數(shù)努賽爾準數(shù)UQDTmaRePra(m3/s)(W)(kg/m3)(W?m-2?K-1)129.35128380.197736.273112.31430920.760.69780692.0821223.29064312.627135.261103.43624429.760.6978177.74049319.25429269.594835.30092.52120225.240.69780867.0091415.0516224.801535.27181.27015870.220.69780556.01376510.95811174.95435.30868.81811587.560.69780343.6036869.973471165.574435.32257.14310583.020.697841.31266六、 實驗結論及誤差分析以實驗數(shù)據(jù)在單對數(shù)坐標下關聯(lián)圖如下：?傳熱系數(shù)測定點（未強化）■傳熱系數(shù)測定（強化后）乘幕（?傳熱系數(shù)測定點（未強化）■傳熱系數(shù)測定（強化后）乘幕（傳熱系數(shù)測定點（未強化））乘幕（傳熱系數(shù)測定（強化后））Nu/(Pr)S.4經(jīng)指數(shù)擬合如下：強化傳熱前，Nu/(Pr)S.4=0.0429ReA0.7563則Nu=0.0429Re0.7564Pr0.4強化后擬合結果：Nu/(Pr)S.4=0.0139ReA0.8199則Nu=0.0139Re0.8199Pr0.4

誤差及結果分析：公認關聯(lián)式中，其中A=0.023,而實驗給出的A相差較大，而實驗的m值與公認的m=0.8相差并那么明顯。實驗之前，由原理所造成的方法誤差，及忽略普朗特準數(shù)，及格拉斯霍夫準數(shù)對傳熱系數(shù)的影響。在實驗過程中，由傳熱系統(tǒng)使用長久而造成的系統(tǒng)誤差，測壁溫時使用了近似處理，由此也造成了系統(tǒng)誤差，由操作人員讀