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 lg4.0m 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μρdu =Re ，λμCp =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.℃)；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 Wc 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△p 0.54式中△p ——孔板流量计压降，kPa ；V s ——空气流量，m 3/h 。
四． 实验流程示意图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6、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、31248751112131096五、实验操作要点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。
六、实验数据处理1.原始数据记录如下传热膜系数测定原始数据表(直管传热)d=0.02m,l=1.25 m传热膜系数测定原始数据表（加混合器）2．数据处理传热膜系数测定计算数据表（物性计算）Cp=1005J/(Kg.K)d=0.02m,l=1.25m热导率定性温度密度黏度流量λ（W/m.K) Δtm/℃ρ（kg/m3）μ（Pa.s）qv（m3/h）0.0282019 49.85 1.1469 1.9593E-05 57.23099725 0.0282648 50.70 1.1441 1.9635E-05 52.55945688 0.0282426 50.40 1.14655 0.00001962 47.75875826 0.0281797 49.55 1.15145 1.9578E-05 43.06506439 0.0281131 48.65 1.15635 1.9533E-05 38.401585160.027991 47.00 1.16755 0.00001945 33.42620741 0.0279207 46.05 1.17385 1.9403E-05 27.44805658 0.0278948 45.70 1.1777 1.9385E-05 21.776134970.02788 45.50 1.1812 1.9375E-05 15.97400024传热膜系数测定计算数据表（准数计算）流速对数平均推动力传热膜系数Nu Re Pr Nu/Pr0.4u（m/s）ΔTm α传热系数相关计算（以第一组数据为例）： 空气定性温度：t=2t t 21+=85.4921.646.35=+错误!未找到引用源。
错误!未找到引用源。
50.628978 49.287322 134.977295.7220605959274.084870.698196309 110.51495 46.496335 48.359603126.47132 89.4903372354185.339110.698153711 103.32269 42.249432 48.64762117.6862383.3395178449379.29316 0.69816872496.220327 38.097191 49.408586 108.85829 77.2600763244813.69966 0.6982113989.19907733.971678 50.416086 98.667424 70.1932013240223.371520.698256774 81.038051 29.57024751.759151 92.778095 66.2913757535501.020140.698340538 76.529721 24.2817252.54664579.15525456.7000495329380.850220.698389098 65.455246 19.264097 52.688177 65.4316746.913166723407.094910.69840705154.156589 14.13128152.65418850.21047536.0189919817230.316720.69841732441.580102流量计算: q v =23099725.5725.42.262.2654.054.0=⨯=∆P m 3/h空气密度计算：ρ==⨯-=-6.350035.02715.10035.02715.1t 1.1469kg/m 3 空气粘度计算：µ=555109593.110)85.49005.071.1(10)005.071.1(---⨯=⨯⨯+=⨯+t Pa.s空气导热系数计算：λ=0282019.010)85.490074.04513.2(10)0074.04513.2(22=⨯⨯+=⨯+--tW/m.K错误!未找到引用源。
对数平均温差计算: △t m =85.49)1.641.1016.351.101ln()1.641.101()6.351.101()ln()()(22112211=-----=-----W W W W W W W W t T t T t T t T ℃传热系数:1-2-1m 134.98W 360085.9425.102.014.357.2310051.1469C t dl q C t A q C m V P m V P ︒⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=∆=πρρα流速 u 63.5002.014.357.234422=⨯⨯==d q Vπm/s努塞尔数72.950.028201902.034.981=⨯==λαd Nu 普朗特数6982.08201902.0109593.11005Pr 5=⨯⨯==-λμp c 雷诺数08.59274109593.150.631.14690.020Re 5=⨯⨯⨯==-μρu d 51.1106982.072.95Pr 4.04.0==Nu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=1.25 m定性温密度黏度流量热导率度λ（W/m.Δtm/℃ρ（kg/m3）μ（Pa.s）qv（m3/h）K)0.0288258.3 1.1406 0.000020015 34.4476546870.0289259.65 1.13535 2.00825E-05 30.8092783870.0289359.8 1.13605 0.00002009 27.3117871680.0289059.35 1.14025 2.00675E-05 23.6920947750.0288558.7 1.14585 0.000020035 20.2391749170.0288057.95 1.15215 1.99975E-05 16.6101768810.0287557.35 1.1581 1.99675E-05 12.6586356370.02871356.75 1.16475 1.99375E-05 9.405688059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流速对数平均推动力传热膜系数Nu Re Pr Nu/Pr0.4u（m/s）ΔTm α30.473863 38.369458152.22205105.6100107 34732.43875 0.697781089 121.9627.255236.964996 139.6569796.55788129 30817.0712 0.697716415 111.510624.161171 36.728984126.7783287.62004843 27325.33377 0.697709256101.1890920.959036 36.993158113.4899778.52645578 23818.15501 0.69773074890.68612617.904436 37.310955100.7959269.85938955 20479.95852 0.69776187980.67554214.6940737.652822 86.21801959.87092156 16931.8894 0.69779792969.13915611.198368 37.93566268.57719847.69443053 12989.93909 0.69782686955.0767868.3206724 38.06917553.72829137.42501772 9721.884043 0.69785589943.217109七．实验结果的分析与误差讨论经函数拟合后得到的关系式：强化传热前：Nu=0.0208Re0.781Pr0.4加混合管后：Nu=0.0243Re0.8157Pr0.4公认关联式为：Nu=0.023Re0.8Pr0.4，比较容易得出传热强化前后得到的m，A值与标准值都有一定的偏差，其中以强化后实验得到的A值误差最大。