传热膜系数测定实验报告北京化工大学化工原理实验VIP免费

传热膜系数测定摘要：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。本实验采用由风机、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。一、实验目的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。二、基本原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：Nu=A⋅Rem⋅Prn⋅Grp（1）对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故Nu=A⋅Rem⋅Prn（2）本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数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，即得到直线方程：lgNuPr0.4=lgA+mlgRe（3）在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A，即：A=NuPr0.4⋅Rem（4）用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其准数定义式分别为：1Re=duρμ,Pr=Cpμλ,Nu=αdλ实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。根据定性温度（空气进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr准数值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值进而算得Nu准数值。牛顿冷却定律：Q=α⋅A⋅Δtm（5）式中：α——传热膜系数，[W/(m²·℃)]；Q——传热量，[W]；A——总传热面积[m2]。Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]传热量可由下式求得：Q=W⋅Cp(t2−t1)/3600=ρ⋅V⋅Cp(t2−t1)/3600（6）式中：W——质量流量，[kg/h]；Cp——流体定压比热，[J/(kg·℃)]；t1、t2——流体进、出口温度[℃]；ρ——定性温度下流体密度，[kg/m3]；V——流体体积流量，[m3/h]。空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量Vs与孔板流量计压降Δp的关系为（7）式中Δp——孔板流量计压降，kPa；Vs——空气流量，m3/h。三、装置说明1、设备说明本实验空气走内管，蒸汽走环隙（玻璃管）。内管为黄铜管，内径为0.020m，有效长度为1.25m。空气进、出口温度和管壁温度分别由铂电阻（Pt100）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。测得管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁两端。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，最大压力17.50kpa，最大流量100m3/h。2、采集系统说明（1）压力传感器本实验装置采用ASCOM5320型压力传感器，其测量范围为0～20kpa。（2）显示仪表2在实验中所有温度和压差等参数均可由人工智能仪表直接读取，并实现数据的在线采集与控制，测量点分别为：孔板压降、进出口温度和两个壁温。3、流程说明本实验装置流程如图1所示，冷空气由风机输送，经孔板流量计计量后，进入换热器内管（铜管），并与套管环隙中的水蒸气换热，空气被加热后，排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再由回流管返回蒸汽发生器，用于消除端效应。铜管两端用塑料管与管路相连，用于消除热效应。四、操作流程1、实验开始前，先弄清配电箱上各按钮...