文档介绍：北京化工大学
实验报告
信声明:
郑重声明:本次实验报告全部为作者独立完成,从实验原理,实验流程图到实验数据处理,都为作者独立完成。实验过程中感谢老师的悉心指导。实验报告中有错误之处还望老师指导。
传热膜系数测定实验
一、摘要
本实验通过水蒸气加热空气,来测量两组进出口温度,进而通过牛顿冷却定律求得传热膜系数,在计算得出Nu,Re,Pr,最终得出传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m、n。
比较强化传热膜系数和无强化传热系数的关系,在分析两种情况下的准数关联式有何差别。
关键词:传热膜系数α对流传热准数关联式牛顿冷却定律
二、实验目的
1、掌握传热膜系数α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。
4、测定层流直管道的λ随Re变化关系。
三、实验原理
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:
对于强制湍流而言,Gr准数可忽略,故
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=(流体被加热)。这样,上式即变为单变量方程,再两边取对数,即得到直线方程:
在双对数坐标中作图,找出直线斜率,即为方程得指数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:
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。应用计算机,对多变量方程进行一次回归,就能同时得到a、m、n。
对于方程得关联,首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其准数定义式分别为:
, ,
实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。根据定性温度(冷空气进,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值。进而算得Nu准数值。
牛顿冷却定律:
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Q可由下式求得:
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/s】
四、实验流程
流程说明:
本实验装置流程如下图,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,空气经加热后,排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸气由蒸气发生器上升进入套管环隙,与内管中冷空气换热后冷凝,再由回流管返回蒸气发生器。放气阀门用于排放不凝性气体,在铜管之前设有一定长度的稳定段,用于消除端效应。铜管两端用塑料管和管路相连,用于消除热效应。
套管式换热实验装置和流程
风机 2—孔板流量计 3—空气流量调节阀 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—水蒸气出口壁温 8—不凝性气体放空阀 9—