1、實驗報告課程名稱：過程工程原理實驗（甲指導老師:成績:實驗名稱：傳熱綜合實驗一一豎管對流傳熱系數的測定同組學生姓名：一、實驗目的和內容二、實驗裝置與流程示意圖三、實驗的理論依據（實驗原理四、注意事項五、原始記錄數據表六、整理計算數據表七、數據整理計算過程舉例八、實驗結論九、實驗結果的分析和討論一、實驗目的和內容1、掌握空氣在普通和強化傳熱管內的對流傳熱系數的測定方法，了解影響傳熱系數的因素和強化傳熱的途徑。2、把測得的數據整理成nBReNu形勢的準數方程，并與教材中相應公式進行比較。3、了解溫度、加熱功率、空氣流量的自動控制原理和使用方法。二、實驗裝置與流程示意圖本實驗裝置流程如圖1由蒸汽發生

2、器、孔板流量變送器、變頻器、套管換熱器及溫度傳感器、智能顯示儀表等構成。L,I!圖1豎管對流傳熱系數測定實驗裝置流程圖表1豎管對流傳熱系數測定實驗裝置流程圖符號說明表名稱符號單位備注冷流體流量V-nvfh紫銅管規格（p19X1.5mm,即內徑為16mm有效長度為980mm,冷流體流量范圍:3冷流體進口溫度tlC普逋管冷流體出口溫度17C強化管冷流體出口溫度“t2,'''c蒸汽發生器內蒸汽溫度Ti1普通管熱流體進口端壁溫二Twic普通管熱流體出口端壁溫rTw2普通管外蒸汽溫度T:c加強管熱流體進口端壁溫Twi5c加強管熱流體出口端壁溫加強管外蒸汽溫度TW25T，cc氣進行

3、換熱交換，冷凝水經排出閥排入盛水裝置?？諝庥娠L機提供，流量通過變頻器改變風機轉速達到自動控制，空氣經孔板流量計進入套管換熱器內管，熱交換后從風機出口排出。注意:本實驗中，普通和強化實驗通過管路上的切換閥門進行切換。三、實驗的理論依據（實驗原理在工業生產過程中，大量情況下，采用間壁式換熱方式進行換熱。所謂間壁式換熱，就是冷、熱兩種流體之間有一固體壁面，兩流體分別在固體壁面的兩側流動，兩流體不直接接觸，通過固體壁面（傳熱元件進行熱量交換。本裝置主要研究汽一氣綜合換熱，包括普通管和加強管。其中，水蒸汽和空氣通過紫銅管間接換熱，空氣走紫銅管內，水蒸汽走紫銅管外，采用逆流換熱。所謂加強管，是在紫銅管內加

4、了彈簧，增大了絕對粗糙度,進而增大了空氣流動的湍流程度，使換熱效果更明顯。1、空氣在傳熱管內對流傳熱系數的測定如圖2所示,間壁式傳熱過程由熱流體對固體壁面的對流傳熱，固體壁面的熱傳導和固體壁面對冷流體的對流傳熱所組成Tt圖1間壁式傳熱過程示意圖圖2間壁式傳熱過程示意圖間壁式傳熱元件，在傳熱過程達到穩態后，有(111222211122(1ppWWMMmQmcTTmcttATTAttKAt-=-=-=-=?W?熱流體與固體壁面的對數平均溫差可由(2式計算：(11221122(2lnWWWmWWTTTTTTTT固體壁面與冷流體的對數平均溫差可由(3式計算:(3(ln212211ttttttttWWW

5、WmW-熱、冷流體間的對數平均溫差可由(4式計算:4(ln(12211221tTtTtTtTtm-=?冷流體(空氣的質量流量可由(5式計算：5('02pVm=注意:空氣在無紙記錄儀上顯示的體積流量，與空氣流過孔板時的密度有關，考慮到實際過程中，空氣的進口溫度不是定值,為了處理上的方便，無紙記錄儀上顯示的體積流量是將孔板處的空氣密度p。當作1kg/m3時的讀數，因此，如果空氣實際密度不等于該值，則空氣的實際體積流量應按下式進行校正：6('0V=當內管材料導熱性能很好，即入值很大，且管壁厚度較薄時，可認為同一截面處換熱管二側壁溫近似相等，即TW與tW1,TW1=tW2在傳熱過程達到

6、穩定后，由式(1可得：7(1221222mWpttAttcm-=-a即：22212(8(pWmmcttAtt-=a-一般情況下，直接測量固體壁面溫度，尤其是管內壁溫度，實驗技術難度較大，因此,工程上也常采用通過測量相對較易測定的冷熱流體溫度來間接推算流體與固體壁面間的對流傳熱系數。下面介紹其他兩種測定對流傳熱系數a2的實驗方法。(1近似法求算空氣側對流傳熱系數a2以管內壁面積為基準的總傳熱系數與對流傳熱系數間的關系為：9(11112121222ddddRdbdRKsmsa入a+=總傳熱系數K可由式(1求得：10(1222mpmtAttcmtAQK?-=?=用本裝置進行實驗室時，換熱管外側、管壁

7、，內側污垢熱阻均忽略不急，則可由式(9近似得出：11(2K由此可見，被忽略的傳熱熱阻與冷流體側對流傳熱熱阻相比越小，此法所求得的結果準確性越高。2、準數方程式對于流體在圓形直管內作強制湍流對流傳熱時，傳熱準數經驗式為：14(PrRe023.08.0nNu=式中:Nu努塞爾數，22'dNua於視次；Re雷諾數，2Redupp二,無因次；Pr普蘭特數，2'Prpca入，無因次；上式適用范圍為：Re=1.01041.2>W5,Pr=0.7120，管長與管內徑之比L/d>60。當流體被加熱時n=0.4,流體被冷卻時n=0.3故可由實驗獲取的數據點擬合出相關準數后，在雙對數坐

8、標紙上，即可作出NuRe直線確定Nu=BRen的擬合方程，并與公認的經驗公式進行對比，以驗證實驗效果。通過普通管和強化傳熱管實驗結果的對比，分析影響傳熱系數的因素和強化傳熱的途徑。四、注意事項(1開始加熱功率可以很大，但當溫度達到100c左右，有大量不凝氣體排出時，加熱電壓一般控制在250V左右。(2實際實驗管路要和儀表柜上選擇開關及計算機上的顯示一致，否則實驗失敗。(3實驗中不凝氣體閥門和冷凝水閥門要一直開啟，防止積水，影響實驗效果。(4測定各參數時，必須是在穩定傳熱狀態下。一般傳熱穩定時間都至少需保證8分鐘以上,以保證數據的可靠性(第一組數據的測定至少穩定15分鐘。(5實驗過程中，要確保蒸

9、汽發生器內水位不能低于警戒水位。五、原始記錄數據表冷流體進口溫度冷流體出口溫度tWC冷流體流量蒸汽進口處壁溫珀re蒸汽出口處壁溫電”管外蒸汽溫度Ti/t加熱器溫度T25*哪19*182104.054100,436108.624U25.69S72.69S15J91210亂41101.B109.56&1125.574.198123686108.9041OL722H0.09425J7559.68W2109.4102218110,7241125.57657,6088109.596102516H0.934h25J9S7742986.02503109.894102,912111.25冷流體進口溫度

10、1疝c冷流體出口溫度冷流體流量V(n/h)蒸汽迸口處壁溫K/C蒸汽出口處壁溫電化管外蒸汽溫度Ti/t加熱器溫度T25.89870.69819J8182104,054100,436108,62425,69872.69K1569口儂*4110143IO9.56K25.574.198122686108.904101722H0,09425.175.59例心109.4102.21R110,724N六、整理計算數據表普通管定性溫度t/C48.3049.2049.8550.3051.0051.2的度p/(kg/m31.1001.0951.0931.0921.0911.091比熱Cp/J/(kg?C1.005

11、1.0051.0051.0051.0051.005占度10-5Pa?s1.9501.9551.9601.9651.9701.973蘭特準數Pr0.6980.6980.6980.6980.6980.698導熱系數入0.02810.02820.02830.02830.02840.0285諾數Re0.236a 2/0.1850.1450.1140.0890.071校正流量質量流率平均流速-3310V'/(m/s103m/(kg/su/(m/s對數平均溫度(tW-t)m51.2253.1252.7752.5852.0051.93W/(m2?K103.09818567.1155.0044.203

12、5.8面賽爾準數Nu58.7046.4437.9431.1024.907320.593.263.5616.222.572.8112.812.022.2110.071.601.757.97以Re為x軸，Nu為y軸作圖如下：直線方程：lgNu=-2.07617+0.87869lgReR=0.99978有n=0.87869B=0.0084Nu=0.0084Re0.87869強化管定性溫度t/C56.4556.6556.6556.8咻度p/(kg/m31.0731.0731.0731.07比熱Cp/J/(kg?C1.0051.0051.0051.00淵度

13、，10-5Pa?s1.991.991.991.9箸蘭特準數Pr0.6970.6970.6970.6971熱系數入0.02870.02870.02870.0287諾數Re0.1610.1220.0920.07儂正流量質量流率平均流速-3310V'/(m/s103m/(kg/su/(m/s3.762.842.141.624.033.042.291.7418.7014.1110.638.07數平均溫度(tW-t) m 36.47 36.83 37.08 37.23 a2 W/(m2?K 138.82 104.36 78.641972 準數Nu77.3958.1843.8433.29以Re為x

14、軸，Nu為y軸作圖如下：直線方程：lgNu=-2.33326+1.003251gReR=0.99999即有n=1.00325B=0.0046Nu=0.0046Re1.00325七、數據整理計算過程舉例以普通管的第一組為例定性溫度：-t=0.5*(t1+t2=48.298查表得：密度：p0=1.100kg/m3：匕熱容：cp=1.005kJ/kg?K粘度：p=1.95x10-5中s普蘭特常數：Pr=0.698導熱系數：入=0.0281W/n?K(2)、空氣的質量流速和其在管內流速體積流率V'=VP0=5.25X10-3M：率m=V'p0=5.774乂10-3fcg速u=4V

15、9;=26.11m/sd2、對數平均溫差的計算固體壁面與冷液體之間的對數平均溫度：(tW-tm=(tW1-t1-(tW2-t2=51.217IntW1-t1tW2-t2(4)a2的計算(以內表面為基準)、用壁面溫度與冷流體之間傳熱求得：a2=Nu=m2cp2(t2-t1A2(tw-t1=103.09W/m2?ka2d=58.7。I、實驗結論1、普通管從實驗數據分析可知，隨著冷流體流量的增加，冷流體與固體壁面的對流傳熱系數a凌漸增大，Nu與Re的關系式為：Nu=0.0084Re0.878692強化管從實驗數據分析可知，隨著冷流體流量的增加，冷流體與固體壁面的對流傳熱系數a2逐漸增大，Nu與Re的

16、關系式為：Nu=0.0046Re1.00325由普通管和強化管的實驗數據和計算結果可以看出強化管的a2fi增大很多，即是強化管的傳熱效果比普通管好。在實驗中可以看出，當用強化管時，其流速明顯低于用普通管，因為在管內增加彈簧，雖然可以提高傳熱效率，但是卻降低了管路的效率，增加傳熱時功率的消耗。九、實驗結果的分析和討論思考題：思考題：1.實驗中冷流體的和蒸汽的流向，對傳熱效果有何影響？答：逆流傳熱優于并流傳熱，主要是tm有所不同，在本次實驗中可近似無影響，因為在本次實驗中近似認為熱蒸汽的溫度是不變的，則不管是逆流還是并流，Atm可以看做是不變的。2.在計算冷流體質量流量時所用到的密度值與求雷諾數時的密度值是否一致？它們分別表示什么位置的密度，應在什么條件下進行計算？答：不一致，計算冷流體質量時所用到的密度值，是冷流