发布时间 : 星期三 文章北京化工大学传热膜系数测定实验报告更新完毕开始阅读1ea79c0ceff9aef8941e069f
首先求得空气平均温度，然后查空气平均温度下空气的物性数据表可得下表： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 空气平均温度t/℃ 52.65 53.35 52.65 49.85 48.90 47.95 47.15 46.65 46.40 46.40 密度 ρ/kg?m-3 1.0843 1.0819 1.0843 1.0935 1.0969 1.1002 1.1030 1.1047 1.1056 1.1056 粘度μ /×10-5Pa?s 1.973 1.977 1.973 1.959 1.955 1.950 1.946 1.943 1.942 1.942 热导率λ /W?(m?K)-1 0.02849 0.02854 0.02849 0.02828 0.02812 0.02797 0.02784 0.02776 0.02772 0.02772 比定压热容 Cp/J?(kg?K)-1 1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005 经数据处理可得下表：
序号 对数平空气流量 均温度Vs/(m3/h) Δtm/℃ 46.356 57.8823 45.678 52.0097 46.297 46.0355 48.848 36.5236 49.727 31.6619 50.565 28.1209 51.272 24.4524 51.648 20.9341 51.721 17.6267 51.631 13.9199 传热量 Q/W 499.23 450.98 418.37 374.23 339.38 314.83 286.28 254.24 223.49 181.37 α 137.12 125.71 115.06 97.55 86.90 79.27 71.09 62.68 55.02 44.73 Nu 96.27 88.11 80.78 69.00 61.79 56.68 51.07 45.15 39.69 32.27 Pr 0.6962 0.6962 0.6962 0.6964 0.6984 0.7005 0.7023 0.7034 0.7040 0.7040 Re 58705 52552 46796 37929 33130 29647 25961 22338 18886 14939 Nu/Pr^0.4 111.281 101.842 93.376 79.742 71.334 65.354 58.819 51.971 45.671 37.129 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 以第一组数据为例，计算如下： 空气平均温度 t?t1?t240.40?68.70??54.55℃ 22lnT1?t1T2?t2ln100.4?40.4100.3?68.7对数平均温度?tm??T1?t1???T2?t2??(100.4?40.4)?(100.3?68.7)?44.29℃
空气流量 Vs?26.2??P0.54?26.2?3.660.54?52.79m3/h 传热量 Q??VsCp传热膜系数 ??Q?A?tmt2?t168.7?40.40?1.0780?52.79?1005??449.62W 360036002449.62?129.31w/(m·℃)
??1.25?0.02?44.29?d129.31?0.02??90.37 ?0.029Cp?1005?1.983?10?5普朗特准数 Pr???0.6963
?0.0294?1.0780?52.79雷诺数 Re?4?Vs??50784 ?53600??d?3600???0.02?1.983?10努塞尔准数 Nu?
（二）加混合器 原始数据： 序号 空气入口温度 t1/℃ 38.4 40.2 39.7 38.2 36.7 34.3 空气平均温度 t/℃ 58.30 59.80 59.95 59.30 58.75 57.75 1 2 3 4 5 6 用相同的方法可查得物性： 序号 1 2 3 4 5 6 空气出口温度 t2/℃ 78.2 79.4 80.2 80.4 80.8 81.2 壁温 壁温 T1/℃ 100.5 100.5 100.5 100.5 100.5 100.5 T2/℃ 100.3 100.4 100.4 100.5 100.6 100.6 压降 P/kpa 1.75 1.37 1.05 0.74 0.52 0.34 热导率 比定压热容 密度 粘度μ Cp/J?(kg?ρ/kg?m-3 /×10-5Pa?s λ/W?(m?K)-1 K)-1 1.06561 1.06066 1.06017 1.06231 1.06413 1.06743 2.002 2.009 2.010 2.007 2.004 1.999 0.02888 0.02899 0.02900 0.02895 0.02891 0.02884 1005 1005 1005 1005 1005 1005 经数据处理可得下表：
空气流量 序对数平均温度 传热量 号 Δtm/℃ Vs/(m3/h) Q/W 1 2 3 4 5 6 38.788 37.295 36.884 37.304 37.563 38.085 35.4439 31.0549 26.8995 22.2683 18.4053 14.6319 446.55 383.09 343.40 297.67 258.36 220.14 α Nu Re Pr 0.6965 0.6966 0.6966 0.6965 0.6965 0.6965 Nu/pr^0.4 117.311 104.285 94.486 81.109 70.010 58.978 146.58 101.51 35510 130.79 90.24 118.54 87.58 73.59 81.76 60.58 51.03 101.60 70.19 30814 26725 22268 18521 14876 以第一组数据为例，计算如下：
t1?t243.00?76.20??59.60℃ 22?T?t???T2?t2??(100.5?43.0)?(100.5?76.2)?38.55℃
对数平均温度?tm?11T?t100.5?43.0lnln11100.5?76.2T2?t2空气平均温度 t?空气流量 Vs?26.2??P0.54?26.2?1.530.54?32.96m3/h 传热量 Q??VsCp传热膜系数 ??t2?t172.60?43.00?1.0673?32.96?1005??324.25W 36003600Q324.252??107.16w/(m·℃) A?tm??1.25?0.02?38.55努塞尔准数 Nu??d107.16?0.02??73.98 ?0.0291005?1.999?10?5普朗特准数 Pr???0.6965
?0.029Cp???30826 雷诺数 Re?3600??d?3600???0.02?1.999?10?5
由以上数据可作出Nu/Pr^0.4 与Re关系图，如下：
Nu/Pr^0.4~Re关系图4?Vs4?1.0673?32.961000.0不加混合器加混合器乘幂 (加混合器)乘幂 (不加混合器)Nu/Pr^0.4y = 0.0297x100.00.7903y = 0.0179x0.795910.010000Re100000
※ 实验结果讨论※
（1）从图中可以看出，不管传热是否被强化，Nu/Pr0.4～Re关系曲线的线性都非常好，说明当流体无相变时，用量纲分析法推导出的对流传热准数关系式
Nu=ARemPrn（在强制对流即忽略Gr影响时）的准确性是很好的。
（2）从图中可以看出，在相同的雷诺数下，加混合器后的Nu/Pr0.4值比未加混合器时的大，因为Pr和热导率λ在实验条件下变化很小，由Nu=αd/λ知，加混合器强化传热后，传热膜系数α变大。说明增大加热流体的湍动程度可以强化传热。
（3）实验中加入混合器后，空气的出口温度明显变高，但孔板压降则迅速降低，说明实验中，传热效果的提高是以增大流动阻力为代价的。
（4）由 及 可知，直线斜率即为雷诺数Re的指数，而截距即为lgA,将未强化时的Nu/Pr0.4～Re的关系曲线进行拟合得α=0.0179；m=0.7959，与公认的关联式有一点偏差。
0.4
（5）将加混合器强化时的Nu/Pr～Re的关系曲线进行拟合得α=0.0297；m=0.7903。
七、思考题：
1、本实验中管壁温度应接近蒸汽温度还是空气温度？为什么？
答：壁温接近于蒸气的温度。可推出此次实验中总的传热系数方程为
d?d11d1??2?R1?2??2?R2? K?1d1d1?dm?2其中K是总的传热系数，α1是空气的传热系数，α2是水蒸气的传热系数，δ是铜管的厚度，λ是铜的导热系数，R1、R2为污垢热阻。因R1、R2和金属壁的热阻较小，可忽略不计，则Tw≈tw，于是可推导出
1T?Tw?2
?1Tw?t?1显然，壁温Tw接近于给热系数较大一侧的流体温度，对于此实验，可知壁温接近于水蒸气的温度。
2、管内空气流速对传热膜系数有何影响？当空气流速增大时，空气离开热交换器时的温度将升高还是降低？为什么？
答：传热膜系数将变大，但空气离开热交换器时的温度将降低。由传热膜传热系数的方程易知：传热膜系数α与速度u的0.8次方成正比，因而流速增大时，α变大。由传热平衡方程 r?qm1?qm2Cp2?(t2?t1)，知流速增大，即qm2增大
后，t2减小，及空气离开热交换器时的温度降低。
3、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α的关联有无影响？
答：没有影响。因为本实验采用的是量纲分析法，蒸气的压强变化会同时反应在
雷诺数Re、流量qv、传热膜系数α、努塞尔准数Nu等数据上，可以得到不同Re值下的Nu/Pr0.4值，所以仍然可以进行关联。
4、本实验可采取哪些措施强化传热？ 答：本实验可从以下三个方面来强化传热： (1)增加总传热系数K a.增大流速减小管径； b.内管加填充物； c.增加内管的粗糙度；
d.防止空气等非冷凝气体随水蒸气一起进入外管； e.防止有垢层产生（在此实验中影响较小）；
(2)增加传热推动力Δtm
a.增大外管压强，提高水蒸气温度（效果不大）； (3)增加传热面积A a.内管采用波纹管；
b.内管加翅片（同时，总传热系数K也增大）。