學生實驗報告
姓名： 張道興學號： 200811226
專業： 化學工程與工藝班級： 化工0808
同組人員： 張可人，張文芊，余斌
課程名稱： 化工原理實驗
實驗名稱： 傳熱膜係數測定實驗
實驗日期： 2010.12.6 批閱日期
成績教師簽名
實驗名稱：傳熱膜係數測定實驗
報告摘要：本實驗採用比較的方法來測得傳熱系數k以及傳熱膜係數α，及在前人的基礎上，利用水蒸氣-空氣傳熱系統進行試驗，並獲取相關經驗關聯式的各項常數，方法簡單，可靠。
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
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。
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，最大鴨梨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型鴨梨感測器，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(10組資料)，重複實驗，記錄資料。
6. 實驗結束後，先停蒸汽發生器電源，再停風機，清理現場。
五、 資料處理
1．原始資料記錄如下：
傳熱膜係數測定原始資料表（未強化）
d=0.02m,l=1.25m
傳熱膜係數測定原始資料表（強化後）
d=0.02m,l=1.25m
2．資料處理
傳熱膜係數測定計算資料表（物性計算）
d=0.02m,l=1.25m
傳熱膜係數測定計算資料表（準數計算）
d=0.02m,l=1.25m
傳熱系數相關計算（以第一組資料為例）：
空氣定性溫度：
平均壁溫：
流量計算：
定性溫度下：
空氣密度計算：
空氣粘度計算：
空氣導熱係數計算:
空氣熱容計算：
傳熱速率計算：
對數平均溫差計算：
給熱係數計算：
流速計算：
雷諾數計算：
普朗特準數計算：
努賽爾準數計算：
強化後相關資料處理
強化後傳熱膜係數測定計算資料表（物性計算）
d=0.02m,l=1.25m
強化後傳熱膜係數測定計算資料表（準數計算）
d=0.02m,l=1.25m
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