对流传热系数测定实验报告.docx
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对流传热系数测定实验报告
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对流传热系数测定实验报告
篇一:
空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案
空气—蒸汽对流给热系数测定
一、实验目的
⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究,掌握对流传热系数α1的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解。
并应用线性回归分析方法,确定关联式nu=ARempr0.4中常数A、m的值。
⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究,测定其准数关联式nu=bRem中常数b、m的值和强化比nu/nu0,了解强化传热的基本理论和基本方式。
二、实验装置
本实验设备由两组黄铜管(其中一组为光滑管,另一组为波纹管)组成平行的两组套管换热器,内管为紫铜材质,外管为不锈钢管,两端用不锈钢法兰固定。
空气由旋涡气泵吹出,由旁路调节阀调节,经孔板流量计,由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。
管程蒸汽由加热釜发生后自然上升,经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程,其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气,达到逆流换热的效果。
饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。
该实验流程图如图1所示,其主要参数见表1。
表1实验装置结构参数
1
2
蒸汽压力
空气压力
图1空气-水蒸气传热综合实验装置流程图
1—光滑套管换热器;2—螺纹管的强化套管换热器;3—蒸汽发生器;4—旋涡气泵;
3
5—旁路调节阀;6—孔板流量计;7、8、9—空气支路控制阀;10、11—蒸汽支路控制阀;
12、13—蒸汽放空口;15—放水口;14—液位计;16—加水口;
三、实验内容
1、光滑管
①测定6~8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数α1。
②对α1的实验数据进行线性回归,求关联式nu=ARem中常数A、m的值。
2、波纹管
①测定6~8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数α1。
②对α1的实验数据进行线性回归,求关联式nu=bRem中常数b、m的值。
四、实验原理
1.准数关联
影响对流传热的因素很多,根据因次分析得到的对流传热的准数关联为:
nu=cRemprngrl
式中c、m、n、l为待定参数。
参加传热的流体、流态及温度等不同,待定参数不同。
目前,只能通过实验来确定特定范围的参数。
本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。
因此,可以忽略自然对流对传热膜系数的影响,则gr为常数。
在温度变化不太大的情况下,pr可视为常数。
所以,准数关联式
(1)可写成
nu=cRem
(1)
(2)
其中:
Re?
du?
?
?
V?
4
d?
nu?
?
d
,50℃时,空气的导热系数?
?
0.02826w/(m.K)?
4
待定参数c和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后,对式
(2)取对数,回归求
得直线斜率和截距。
Rem
因此:
?
?
c?
d
2.传热量计算
努塞尔数nu或α1无法直接用实验测定,只能测定相关的参数并通过计算求得。
当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后,蒸汽将放出冷凝潜热,冷凝成水,热量通过间壁传递给套管内的空气,使空气的温度升高,空气从管的末端排出管外,传递的热量由(3)式计算。
Q=wecpc(t2-t1)=Vρ1cpc(t2-t1)根据热传递速率
Q=KsΔtm所以KsΔtm=Vρ1cpc(t2-t1)
(4)(5)
(3)
式中:
Q——换热器的热负荷(即传热速率),kJ/s;we——冷流体的质量流量,kg/s;V——冷流体(空气)的体积流量,m3/s;ρ1一冷流体(空气)的密度,kg/m3;K——换热器总传热系数,w/(m2·℃);
cpc一一冷流体(空气)的平均比定压热容,kJ/(kg·K);s——传热面积,m2;
Δtm——蒸汽与空气的对数平均温度差,℃。
空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。
综合上面各式即可算出传
5
篇二:
化工实验报告-传热系数的测定
太原师范学院
实验报告
experimentationReportofTaiyuanteacherscollege
系部:
化学系年级:
大四课程:
化工实验姓名:
学号:
日期:
20XX/10/15
项目:
气体强制对流传热系数的测定
一、实验目的:
1.熟悉传热设备;
2.了解传热原理和强化传热途径,分析热交换过程的影响因素;3.测定热流体空气与冷流体水在并流和逆流条件下的总传热系数K;4.测定努赛尔数nu和雷诺数Re之间的关系,确定他们的关联式。
二、实验原理:
传热过程按其方式可分为热导传热、对流传热和辐射传热三种。
在工业生产上的传热过程中,按冷流体和热流体的接触方式可分为直接接触式、间壁式和蓄热式三种。
本实验采用的单套管式换热器为间壁式传热,其热流体为热空气,冷流体为水,热空气与水在套管内进行传热,传热方程为:
q=K*A*△tm式中:
q为传热速率(w);
K为总传热系数(w*m-2*k-1)
A为热空气—水间的传热面积(套管换热器的内管平均面积A=π*dm*L,dm为内管
内外径的平均值,L为套管换热器套管的长度);
△tm为热空气与冷却水间的平均温度差
【△tm=(△t1+△t2)/(ln△t1-ln△t2),℃或K】,△t1和△t2分别为换热器两端的温度差。
在稳定传热过程中,热流体热空气通过换热器壁面将热量传给冷流体水,捂热量损失,两流体也未发生相变化,冷流体吸收热量与热流体放出热量相等,因此,传热速率Φ衡算式为:
Φ=wgcp(T1-T2)
式中:
wg为空气的质量流量(Kg*s-1)
cp为空气的比热容(KJ*Kg*K-1)
T1,T2分别为热流体俄进口和出口温度(℃或K)根据传热关系,传热系数是由以下几个分热阻的倒数组成,即
式中:
a1、a2分别为热空气和冷却水的给热系数(w*m-2*k-1)
d1、d2分别为内管的内径和外径(m),δ为内管的壁厚(m);λ为内管的导热系数(w*m-2*k-1)。
因冷却水的给热系数a2较大,d1/(a2*d2)值较小;λ值较大,δd1/λdm值也较小,故d1/(a2*d2)和δd1/λdm可略去。
于是,可认为空气在圆管内作强制对流的给热系数a1近似为热空气与冷却水之间的总传热系数,即K=a1。
当热空气在圆形直管中作强制湍流流流动时,传热系数(给热系数)的关联式可写为:
nu=A*Rem*prn
式中:
nu为努赛尔数,表达式为nu=a*d/λ;
Re为雷诺数,表达式为Re=duρ/μpr为普兰特数,表达式为pr=cp*μ/λA为系数;
m、n为雷诺数的指数和普兰特数的指数。
空气的努赛尔数受给热系数a的影响,雷诺数又受空气在管内流速的影响,在很高温度和压力下,普兰特数变化很小,可近似认为它是一个常数,因此,可改写为:
nu=b*Rem式取对数后为Lgnu=Lgb+m*LgRe
当空气流速改变后,它们原有的热平衡关系被打破,数值也随之发生变化,nu亦随Re的改变而改变。
通过实验可测出不同条件下的空气的给热系数a与流速u,就能计算出nu
和Re。
以nu为纵坐标,Re为横坐标,在双对数坐标上作出它们的关系图,关系图的斜率为
截距为Lgb,将求得的b,m值代入式中,即得出给热准数关联式。
三、实验步骤:
1.熟悉实验装置及流程,检查设备,做好操作前的准备工作。
2.全开冷却水阀门,降水通入换热气中;打开鼓风机,打开空气控制阀门,将空气通入实验装置的电加热器中。
3.接通加热器电源,将电压调至,并始终保持电压稳定,当空气被加热后,在套管换热器上的进口温度测量点上显示温度为100-120℃左右(在稳定状态下,3min内热空气温度变化不超过1℃)时,开始在流量计上读取数值。
热流体空气和冷流体冷却水的进、出口温度直接从装置上的各测量点读取。
4.逐渐由大到小调节空气控制阀门,改变空气流量6-8次,每次改变流量后,稳定3-5min后,按步骤3读取相关数据。
5.完成所有数据测量后,将调压器上的电压指示调至零处,切断加热电源;继续通气、通水约5mi后关闭鼓风机,最后关闭冷却水阀门。
四、数据记录及处理
1、实验数据记录
2、实验数据处理
五、误差分析
影响给热系数的主要因素:
(1)液体的状态:
气体、液体、蒸气及传热过程是否有相变化等;
(2)液体的物理性质:
如密度、比热容、粘度及导热系数;(3)液体的流动形态:
层流或湍流;
(4)液体对流的对流状况:
自然对流,强制对流等;(5)传热表面积的形状、位置及大小。
在该实验过程中,空气流量读数时存在误差;进行温度读数时,温度不稳定,使得读数时存在误差;实验是在固定水流量的条件下进行的,但在实验过程中,水流量会出现波动,会对测定结果产生影响。
篇三:
六、对流给热系数测定实验
实验学专班姓指导日
工
原理实验报告
名称:
对流给热系数测定实验院:
化学工程学院业:
化学工程与工艺级:
名:
学号:
教师:
期:
化
一、实验目的
1、观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象,并判断冷凝类型;2、测定空气(或水)在圆直管内强制对流给热系数αi;
3、应用线性回归分析方法,确定关联式nu=ARempr0.4中常数A、m的值。
4、掌握热电阻测温的方法。
二、实验原理
1、在套管换热器中,环隙通以水蒸气,内管管内通以空气或水,水蒸气冷凝放热以加热空气或水,在传热过程达到稳定后,有如下关系式:
Vρcp(t2-t1)=αiAi(tw-t)m式中:
V—被加热流体体积流量,m3/s;cp—被加热流体平均比热,J/(kg.℃);t1、t2—被加热流体进、出口温度,℃;ρ—被加热流体密度,kg/m3;
Ai—内管的外壁、内壁的传热面积,m2;
(tw-t)m—内壁与流体间的对数平均温度差,℃;
(T-Tw)m=[(T1-Tw1)-(T2-Tw2)]/ln[(T1-Tw1)/(T2-Tw2)]式中,T1、T2—蒸汽进、出口温度,℃;
(T-Tw)m—水蒸气与外壁间的对数平均温度差,℃;
当内管材料导热性能很好,即λ值很大,且管壁厚度很薄时,可认为Tw1=tw1,Tw2=tw2,即为所测得的该点的壁温。
2、流传热系数准数关联式的实验确定
流体在管内作强制湍流,被加热状态,准数关联式的形式为:
nui=AReimprin
其中:
nui=αi*di/λiRei=ρi*di*ui/μipri=cpi*μi/λi
物性数据λi,cpi,ρi,μi可根据定性温度tm查得。
对于管内被加热的空气,普兰特准数pri变化不大,可以认为为常数,则关联式的形式简化为:
nui=AReimpri0.4
通过实验确定不同流量下的Rei与nui,然后用回归方法确定A和m的值。
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:
ln(nu/pr0.4)=lnA+mlnRe
三、实验装置图与流程
1、实验装置及说明
该装置为套管换热器(见图1),空气走管内,蒸汽走环隙,外管11/2玻璃管,内管为φ25×2mm紫铜管,有效长度为1.2m。
空气进出口温度和壁温分别由铂电阻测量,测壁温的两支铂电阻用导热绝缘胶固定在管外壁,孔板流量计的压差通过压力传感器转换为电信号由表头显示,其单位为kpa。
孔板流量计的孔板d0=20mm。
蒸汽发生器的加热功率为1500w(额定电压220V)。
2、设备及仪器规格
(1)、紫铜管规格:
管径φ20×1.5mm,管长L1000mm
(2)、外套玻璃管规格:
管径φ100×5mm,管长L1000mm(3)、压力表规格:
0~0.1mpa
四、实验步骤
1、打开总电源空气开关,打开仪表及巡检仪电源开关,给仪表上电。
2、打开仪表台上的风机电源开关,让风机工作,同时打开冷流体入口阀门,让套管换热器里充有一定量的空气。
3、打开冷凝水出口阀,注意只开一定的开度,开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉,关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。
4、在做实验前,应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除,否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。
具体排除冷凝水的
方法是:
关闭蒸汽进口阀门,打开装置下面的排冷凝水阀门,让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走。
5
、刚开始通入蒸汽时,要仔细调节蒸汽进口阀门的开度,让蒸汽徐徐流入
换热器中,逐渐加热,由“冷态”转变为“热态”,不得少于10分钟,以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。
6、当一切准备好后,打开蒸汽进口阀,蒸汽压力调到0.01mpa,并保持蒸汽压力不变。
可通过调节排不凝性气体阀以及蒸汽进口阀来实现。
7、可通过调节空气的进口阀手动调节空气流流量,改变冷流体的流量到一定值,等稳定后记录实验数值;改变不同流量,记录不同流量下的实验数值。
8、记录6组实验数据,完成实验,关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀,关闭仪表电源和风机。
9、关闭蒸汽发生器。
五、注意事项
1、一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后,方可开启蒸汽阀门,且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后,方可把蒸汽通入套管换热器中。
2、刚开始通入蒸汽时,要仔细调节蒸汽的开度,让蒸汽徐徐流入换热器中,逐渐加热,由“冷态”转变为“热态”,不得少于10分钟,以防止玻璃管内因受热、受压而爆裂。
3、操作过程中,蒸汽压力一般控制在0.02mpa(表压)以下,否则造成玻璃管爆裂和填料损坏。
4、确定各参数时,必须要在稳定传热状态下,随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。
六、实验的原始数据记录
已知:
s=πdL=3.14×20×10-3×1000×10-3=0.0628m2
定性温度t=(t1+t2)/2壁温tw=(T1+T2)/2
七、实验数据的处理
1、计算冷空气给热系数α以第
1组为例子:
Q=ρVcp(t2-t1)=1.135×(11/3600)×1005×(62.7-11.8)=177.41w△tm=[(tw-t1)-(tw-t2)]/[ln(tw-t1)/(tw-t2)]=55.83℃
则,α=Q/(A△tm)=177.41/(0.0628×55.83)=50.60w/(m2?
℃)同理可得出其他5组的给热系数α值,如下表:
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