对流传热系数的测定实验报告

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1、浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：对流传热系数的测定指导教师：专业班级：姓名：学号：同组学生：实验日期：实验地点：13/13目录一、实验目的和要求2二、实验流程与装置2三、实验内容和原理31.间壁式传热基本原理32.空气流量的测定53.空气在传热管内对流传热系数α的测定53.1牛顿冷却定律法53.2近似法63.3简易Wilson图解法64.拟合实验准数方程式75.传热准数经验式7四、操作方法与实验步骤8五、实验数据处理91.原始数据：92.数据处理9六、实验结果12七、实验思考131

2、3/13一、实验目的和要求1）掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径；2）把测得的数据整理成Nu=ARen形式的准数方程，并与教材中公认经验式进行比较；3）了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。二、实验流程与装置本实验流程图（横管）如下图1所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、只能显示仪表等构成。空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行换热交换，不凝气或未冷

3、凝蒸汽通过阀门（F3和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器内管，热交换后从风机出口排出。注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选择，三者必学统一。图1横管对流传热系数测定实验装置流程图图中符号说明如下表：13/13符号名称单位备注V空气流量m3/h紫铜管规格Φ19×1.5mm有效长度1020mmF1，F2为管路切换阀门F3，F4

4、为不凝气排出阀F5，F6为冷凝水排出阀t1空气进口温度℃t2普通管空气出口温度℃t3强化管空气出口温度℃T1蒸汽发生器内的蒸汽温度℃T2普通管空气出口端铜管外壁温度℃T3普通管空气进口端铜管外壁温度℃T4普通管外蒸汽温度℃T5强化管空气出口端铜管外壁温度℃T6强化管空气进口端铜管外壁温度℃T7强化管外蒸汽温度℃三、实验内容和原理在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。所谓间壁式换热，就是冷、热流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两流体不直接接触，通过固体壁面（传热元件）进

5、行热量交换。本装置主要研究汽-气综合换热，包括普通管和加强管。其中，水蒸气和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫铜管内，水蒸气走紫铜管外，采用逆流换热。所谓加强管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，是换热效果更明显。1.间壁式传热基本原理如图2所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热组成。13/13图2间壁式传热过程示意图间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有：Q=m1cp1T1-T2=m2cp2t2-t1=α1A1(T

6、-Tw)m=α2A2(tw-t)m=KA∆tm………………………………………………(1)热流体与固体壁面的对流平均温差可由（2）式计算：(T-Tw)m=T1-Tw1-(T2-Tw2)lnT1-Tw1T2-Tw2…………………………（2）固体壁面与冷流体的对数平均温差可由（3）式计算：(t-tw)m=t1-tw1-(t2-tw2)lnt1-tw1t2-tw2……………………………（3）热、冷流体的对数平均温差可由（4）式计算：∆tm=T1-t2-(T2-t1)lnT1-t2T2-t1…………………………………

7、……（4）式中：Q----热流量，J/s；m1,m2----分别为热、冷流体的质量流量，kg/scp1，cp2----分别为定性温度下热、冷流体的比热，J/(kg·℃)T1，T2----分别为热流体的进出口温度，℃t2，t1----分别为冷流体的进出口温度，℃α1，α2----分别为热、冷流体与固体壁面的对流传热系数，W/(m2·℃)A1，A2----分别为热、冷流体的传热面积，m2(T-Tw)m，(t-tw)m----分别为热、冷流体与固体壁面的对数平均温差，℃K----以传热面积A为基准的总传热系数，W

8、/(m2·℃)A----平均传热面积，m2∆tm----冷、热流体的対数平均温差，℃13/13由实验装置流程图可见，本实验的强化管或普通管换热，热流体是蒸汽，冷流体是空气。2.空气流量的测定空气在无纸记录仪上现实的体积流量，与空气流过孔板时的密度有关，考虑到实际过程中，空气的进口温度不是定值，为了处理上的方便，无纸记录仪上显示的体积流量是将孔板出的空气密度ρ0当作1kgm3时的读数，因此，如果空气实际密度不等于该