化工原理实验报告传热Word格式文档下载.docx
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式为:
NuARemPrnGrp
对于强制湍流有:
NuARemPrn
用图解法对多变量方程进行关联,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)。
在两边取对数,得到直线方程为
Nulg肓IgAmlgRe
Pr.
在直线上任取一点函数值代
在双对数坐标中作图,求出直线斜率,即为方程的指数
其中Red^,PrC2一,Nu
实验中改变空气的流量,
以改变Re值。
根据定性温度计算对应的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
Atm
其中a――传热膜系数,W/(m2?
C);
Q传热量,W
A――总传热面积,m2;
△tm――管壁温度与管内流体温度的对数平均温差,C。
传热量可由下式求得
QWCpt2t1/3600VCpt211/3600
其中W质量流量,kg/h;
cp――冷空气的比定压热容,J/(kg?
°
C);
t1,t2――冷空气的进,出口温度,C;
P定性温度下流体密度,kg/m3;
V――冷空气体积流量,m3/h。
空气的体积流量由孔板流量计测得,其流量V与孔板流量计压降△p的关系为
V26.2p0'
54
式中,△p孔板流量计压降,kPa;
V――空气流量,m3/h。
四、实验流程图
套管式换热实验装置和流程
1-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-冷凝水回流管,10-蒸汽发生器,11-补水漏斗,12-补水阀,13-排水阀
1、设备说明
本实验空气走内管,蒸汽走管隙(玻璃管)。
内管为黄铜管,其内径为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、出口的铂电阻应置于进、出管得中心。
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两端。
孔板流量计的压差由压差传感器测得。
本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ASCOM532型压力传感器,其测量范围为0~20kPa。
(2)显示仪表
在实验中所有温度和压差等参数均可由人工智能仪表读取,并实验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
本实验装置流程图如下所示,冷空气由风机输送,经孔板流量计计量以后,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。
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。
铜管两端用塑料管与管路相连,用于消除热效应。
五、实验操作
1、检查蒸汽发生器中的水位,使其保持在水罐高度的1/3~2/3。
2、按下总电源开关,关闭蒸汽发生器补水阀,启动风机,接通蒸汽发生器的发热电源,保持放气阀打开,调整好热电偶位置。
3、用计算机控制风机频率为50Hz,待仪表数值稳定后,记录数据;
再每降低3Hz取一
实验点,同样等仪表数值稳定后,记录数据,重复实验,12~13次。
4、将静态混合器插入管中,并将其固定,再次调整好热电偶温度计,将风机频率调回
50Hz,待仪表数值稳定后,记录数据;
每降低3Hz取一实验点,同样等仪表数值稳定后,记
录数据,重复实验,12~13次。
5、实验结束后,先停蒸汽发生器电源,再停风机,清理现场,给蒸汽发生器灌水。
六、实验数据处理
1、测定空气普通对流传热膜系数(l=1.25,d=0.020m)
表一:
空气普通膜系数测定实验数据
序号
空气入口温度C
空气出口温度C
壁温
1/C
2/C
△P
/kpa
Pr
关联式
Re
Nu
0.4
Nu/pr
1
0.7142
52107.9
101.4896
116.113
44.9
68
99.6
100.1
3.9
4
6862
6
96
2
0.7150
48007.1
107.579:
41
65.6
98.5
3.24
9696
94.07172
93
3
0.7149
36854.6
91.2027:
39.9
67.1
99.5
1.99
7
8792
79.74868
0.7154
32754.4
84.1816
37.1
66.4
99.8
100
1.57
4649
73.62748
5
0.7157
28389.0
75.5555:
35.2
66
99.3
99.9
1.19
1224
66.09374
9
0.7158
25202.7
68.4568:
34.2
66.1
0.95
7191
59.88782
21886.2
61.3287
33.5
0.73
1962
53.65347
8
0.7161
18694.4
54.0443
31.8
66.3
99.7
0.54
6587
47.28684
15481.1
46.5881
30.9
66.8
0.38
0914
40.76415
以第三组数据为例,计算过程如下:
定性温度t=(t1+t2)/2=(39.9+67.1)/2=53.5C
查得此定性温度下的物性参数为
Cp=1.0294KJ?
Kg-1?
Kp=1.2715-0.0035*53.5=1.08425Kg?
m3
□=1.71+0.005*53.5)*10-5=1.98*10-5Pa?
s
入=2.4513+0.0074*53.5)*10-2=0.028472W?
m1?
K-1
换热面积A=ndl=n*0.02*1.25=0.079m2
对数平均温度△tm=[(T1-t2)-(T2-t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]
=[(99.5-67.1)-(100.1-39.9)]/ln[(99.5-67.1)/(100.1-39.9)]=44.93629冷空气的体积流量V=26.2?
△P°
.54=26.2*1.99°
.54=37.99111卅?
h-1
传热膜系数a=pVCp(t2-t1)/3600/A/△tm=1.073925*37.99111*1.0294*1000*(67.1-39.9)/3600/0.079/44.93629=113.5302W?
mf?
Nu=da/入=0.02*113.5302/0.028472=79.74868
-4
Pr=0.7063-2*10*53.5=0.71497
u=V*4/n/d73600=37.99111*4/n/0.022/3600=33.60855m/s
Re=dpu/卩=0.02*1.08425*33.60855/1.98*10-5=36854.68792
Nu/Pr0.4=79.74868/0.714970.4=91.20274
2、测定空气强化对流传热膜系数(l=1.25,d=0.020m,加入混合器)
表二:
强化后膜系数测定实验数据记录
Nu/pr0.4
0.71442
36783.71
119.02863
136.1661
37.2
74.2
99
2.03
4018
666
15
073
0.71411
31237.18
102.38102
117.1418
38.6
75.3
1.52
5759
419
336
0.71384:
26573.38
89.466285
102.3805
39.7
76.4
1.14
6363
442
44
612
0.71387
22108.07
77.854711
89.09166
38.9
77
0.81
0781
823
08
078
0.71395
18323.95
66.433968
76.01889
37.7
77.5
0.57
6359
699
84
143
0.71406
15377.23
58.359429
66.77525
36.4
77.9
0.41
6648
761
49
239
0.71409
12522.49
50.514157
57.79784
35
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