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 NuA 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=26.2△p0.54s式中△p——孔板流量计压降，kPa；V——空气流量，m3/h。

s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 m3/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：81、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、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3124751112131096传热膜系数测定原始数据表(直管传热)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 57.230997250.0282648 50.70 1.1441 1.9635E-05 52.559456880.0282426 50.40 1.14655 0.00001962 47.758758260.0281797 49.55 1.15145 1.9578E-05 43.065064390.0281131 48.65 1.15635 1.9533E-05 38.401585160.027991 47.00 1.16755 0.00001945 33.426207410.0279207 46.05 1.17385 1.9403E-05 27.448056580.0278948 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）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=+ 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 对数平均推动力 传热膜系数 Nu Re Pr Nu/Pr 0.4u （m/s ） ΔTm α 50.628978 49.287322 134.9772 95.72206059 59274.08487 0.698196309 110.51495 46.496335 48.359603 126.47132 89.49033723 54185.33911 0.698153711 103.32269 42.249432 48.64762 117.68623 83.33951784 49379.29316 0.698168724 96.220327 38.097191 49.408586 108.85829 77.26007632 44813.69966 0.69821139 89.199077 33.971678 50.416086 98.667424 70.19320132 40223.37152 0.698256774 81.038051 29.570247 51.759151 92.778095 66.29137575 35501.02014 0.698340538 76.529721 24.28172 52.546645 79.155254 56.70004953 29380.85022 0.698389098 65.455246 19.264097 52.688177 65.43167 46.9131667 23407.09491 0.698407051 54.156589 14.13128152.65418850.21047536.0189919817230.316720.69841732441.580102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=1.25m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 ） 0.028827 58.3 1.1406 0.000020015 34.44765468 0.028927 59.65 1.13535 2.00825E-05 30.80927838 0.028938 59.8 1.13605 0.00002009 27.31178716 0.028905 59.35 1.14025 2.00675E-05 23.69209477 0.028857 58.7 1.14585 0.000020035 20.23917491 0.028801 57.95 1.15215 1.99975E-05 16.61017688 0.028757 57.35 1.1581 1.99675E-05 12.65863563 0.028713 56.75 1.164751.99375E-059.405688059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 NuRePrNu/Pr 0.4u （m/s ） ΔTm α 30.473863 38.369458 152.22205 105.6100107 34732.43875 0.697781089 121.96 27.2552 36.964996 139.65697 96.55788129 30817.0712 0.697716415 111.5106 24.161171 36.728984 126.77832 87.62004843 27325.33377 0.697709256 101.18909 20.959036 36.993158 113.48997 78.52645578 23818.15501 0.697730748 90.686126 17.904436 37.310955 100.79592 69.85938955 20479.95852 0.697761879 80.675542 14.6940737.65282286.21801959.8709215616931.88940.69779792969.13915611.198368 37.935662 68.577198 47.69443053 12989.93909 0.697826869 55.0767868.3206724 38.069175 53.728291 37.42501772 9721.884043 0.697855899 43.217109七．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。