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班級：姓名：
學號：序號指導教師：
傳熱膜係數測定實驗
一、 目的及任務
1. 掌握傳熱膜係數α及傳熱系數k的測定方法；
2. 通過實驗掌握確定傳熱膜係數準數關係式中的係數a和指數m、n的方法；
3. 通過實驗提高對準數關係式的理解，並分析影響α的因素，了解工程上強化傳熱的措施；
4. 測定套管換熱器的靜壓損失與雷諾損失的關係。
二、 基本原理
（1）套管式傳熱膜係數的測定
對流傳熱的核心問題是求算傳熱膜係數α，當流體無相變時對流傳熱準數關係式的一般形式為：
對於強制湍流而言。gr數可忽略，即
本實驗中，可用**法和最小二乘法計算上述準數關係式中的指數m、n和係數a。
用**法對多變數方程進行關聯時，要對不同變數re和pr分別回歸。本實驗可簡化上式，即取n=0.4(流體被加熱)。這樣，上式即變為單變數方程，在兩邊取對數，得到直線方程為
在雙對數座標中作圖，求出直線斜率，即為方程的指數m。在直線上任取一點函式值帶入方程中，則可得係數a，即
用**法，根據實驗點確定直線位置有一定人為性。而用最小二乘法回歸，可得到最佳關聯結果。應用計算機輔助手段，對多變數方程進行一次回歸，就能的道道a、m、n。
對於方程的關聯，首先要有nu、re、pr的資料組。其特徵數定義式分別為
，， 實驗中改變空氣的流量，以改變re值。根據定性溫度(空氣進、出口溫度的算數平均值)計算對應的pr值。同時，由牛頓冷卻定律，求出不同流速下的傳熱膜系數值，進而求得nu值。
牛頓冷卻定律為
q=αa△tm
式中α——傳熱膜係數，w/(m2.℃)；
q——穿熱量，w；
a——總傳熱面積，m2；
△tm ——管壁溫度與管內流體溫度的對數平均溫差，℃。
穿熱量可由下式求得
式中w——質量流量，kg/h；
cp——流體的比定壓熱容，j/(kg.℃)；
t1,t2——流體進、出口溫度，℃；
ρ——定性溫度下流體密度，kg/m3；
vs——流體體積流量，m3/h；
空氣的體積流量由孔板流量計測得，其流量vs與孔板流量計壓差△p的關係式為
vs=26.2△p0.54
式中△p——孔板流量計壓降，kpa；
vs——空氣流量，m3/h。
（2）管內強化傳熱系數的測定
本實驗室採用在換熱器內管插入螺旋形麻花鐵的方法來強化傳熱的。強化傳熱時，nu'=brem ，其中b,m值因螺旋形麻花鐵的尺寸不同而不同，可用線性回歸方法確定。強化效果可用強化比評判，即強化管的努賽爾數與普通管的努賽爾數之比，其比值大於1，比值越大，強化效果越好。
三、 裝置和流程
1. 裝置說明
本實驗空氣走內管，蒸汽走環隙。內管為黃銅管，其管徑為ф(25×2)mm，有效長度為1.25m。
空氣進出口溫度和壁溫分別由鉑電阻和熱電偶測得。測量空氣進出口溫度的鉑電阻應置於進出管的中心。測量管壁溫度用一支鉑電阻和一支熱電偶分別固定在管外壁的兩端。
孔板流量計的壓差由壓差感測器測得。
實驗使用的蒸汽發生器由不鏽鋼材料製成，裝有玻璃液位計，加熱功率為1.5kw。風機採用xgb型漩渦氣幫浦，最大壓力17.50kpa，最大流量100 m3/h。
2. 採集系統說明
(1) 壓力感測器。本實驗裝置採用ascom5320型壓力感測器，其測量範圍為0—20kpa。
(2) 顯示儀表。本實驗中所有溫度和壓差均由人工智慧儀表讀取，測量點分別為：孔板壓降，進出口溫度，壁溫。
3. 流程說明
流程圖如下：
1、風機 2、孔板流量計 3、空氣流量調節閥補水口
4、空氣入口測溫點5、空氣出口測溫點
6、水蒸氣入口壁溫 7、套管換熱器 8、放氣閥 9、冷凝液回流管
10、蒸汽發生器 11、補水漏斗 12、補水閥 13、排水閥
四、 操作要點
1. 實驗開始前，先弄清配電箱上各按鈕與裝置的對應關係，以便正確開啟按鈕。
2. 檢查蒸汽發生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/2—2/3。
3. 開啟總電源開關。
4. 實驗開始時，關閉蒸汽發生器補水閥，啟動風機，並接通蒸汽發生器的加熱電源，開啟放氣閥。
5. 將空氣流量控制在某一值。待儀表數值穩定後，記錄資料，改變空氣流量(8-10組資料)，重複實驗，記錄資料。
6. 最小，最大流量一定要測。
7. 轉換實驗做強化傳熱實驗。
8. 實驗結束後，先停蒸汽發生器電源，再停風機，清理現場，切斷總電源。
五、 資料處理
原始資料和計算結果如下：
表-1 強化傳熱前資料
表-2 強化傳熱資料
計算示例（以表-1第一組資料為例）
對數平均溫度差
查取下的空氣物性資料如下：
比熱容定性密度
入口密度
定性粘度
定性熱導率
傳熱面積
=雷諾數普朗特數
根據傳熱量
帶入資料得：
努賽爾數
則， 接下來算的其他頻率下的，，並且列表如下：
表-3 強化傳熱前部分資料處理值
表-4 強化傳熱前部分資料處理值
做為橫座標，為縱座標的影象，如圖：
圖-2 ~關係圖
觀察影象，最後兩個點有大的偏差，這兩個點是實驗剛開始時測量，所以產生了誤差。故捨去這兩個點，重新繪製圖如下：
圖-3 ~（資料處理後）關係圖
則根據資料擬合得到的線性方程可得，該直線的斜率，
最終得到。
按照上面計算強化傳熱的資料如下表：
表-5 強化傳熱部分資料處理值
表-6 強化傳熱部分資料處理值
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