暨南大学-化工传热综合实验(2)

暨南大学本科实验报告专用纸(附页)

计算机数据采集：

(1).启动计算机并按照操作说明进行操作.

(2).合上电源总开关, 打开加热电源开关,设定加热电压(电压设定见附录不得小于200V),直至有水蒸气冒出,在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气。

(3).计算机数据采集实验

(a).用放空阀来调节流量,待操作稳定后计算机分别对空气流量,空气进出口温度,水蒸气进出口温度进行采集.

(b).在改变流量稳定后分别测量空气的流量,空气进,处口的温度,换热器水蒸气温度.继续进行实验.

(c).计算机对所有的实验数据进行计算和整理,得出实验结果,并通过显示器和打印机显示或打印出来.

(d).通过显示器和打印机显示或打印出实验结果. (六)、注意事项：

(1). 实验前将加热器内的水加到指定的位置,防止电热器干烧损坏电器。 (2). 刚刚开始加热时,加热电压在(160V)左右。

(3). 据采集和过程控制实验时应严格按照计算机使用规程操作计算机.采集数据和控制实验时要注意观察实验现象。

(4). 测量管后有蒸汽排出10分钟,可启动鼓风机,保证实验开始时空气入口温度t1(℃)比较稳定。。

五. 使用本实验设备应注意的事项

1．检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。

2．必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。

3．必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。

4. 源线的相线,中线不能接错,实验架一定要接地。

5. 字电压表及温度、压差的数字显示仪表的信号输入端不能\开路\。 四、实验数据处理

1.实验数据的计算过程简介(以普通管第一列数据为例)。

孔板流量计压差?P=0.98Kpa、进口温度t1 =24.9℃、出口温度 t2 =66.4℃ 壁面温度100.6 ℃。

已知数据及有关常数:

(1)传热管内径di (mm)及流通断面积 F(m2). di＝20.0(ｍｍ),＝0.0200 (ｍ);

F＝π(di2)／4＝3.142×(0.0200)2／4＝0.0003142( m2). (2)传热管有效长度 L(ｍ)及传热面积si(m2). L＝1.00（ｍ) si＝πL di＝3.142×1.00×0.0200＝0.06284(m2).

(3) t1 ( ℃ )为孔板处空气的温度, 为由此值查得空气的平均密度?t，

1暨南大学本科实验报告专用纸(附页)

例如：t1=24.9℃，查得?t=1.18 Kg/m3。

1 (4)传热管测量段上空气平均物性常数的确定.

先算出测量段上空气的定性温度t (℃)为简化计算,取t值为空气进口温度

t1(℃)及出口温度t2(℃)的平均值, 即t?t1?t224.9?66.4?=45.65（℃） 22 此查得: 测量段上空气的平均密度 ρ＝1.11 (Kg/m3);

测量段上空气的平均比热 Cp＝1005 (J／Kg·K); 测量段上空气的平均导热系数 λ＝0.0279／ｍ·K); 测量段上空气的平均粘度 μ＝0.0000194(Pa?s); 传热管测量段上空气的平均普兰特准数的0.4次方为: Pr0.4＝0.6710.4＝0.852

(5)空气流过测量段上平均体积V（ m3/h）的计算:

Vt0?22.696?(?P)0.50?22.696?(0.98)0.50?17.89(m3/h)

V?Vt0?273?t273?45.653

?17.89??19.45（m/h）

273?t1273?20(6)冷热流体间的平均温度差Δtm (℃)的计算: Tw= =100.6(℃)

?tm?Tw??t1???t2?2?100.6?45.65?54.95（℃）

(7)其余计算:

传热速率(W)

?V??Q?t?Cpt??t3600??19.45?1.11?1005?(66.4?24.9)?250（W）

36002

?i?Q/??tm?si??250/(54.95?0.06284)?73 （W/m·℃）

传热准数 Nu??i?di/??73?0.0200/0.0279?52

测量段上空气的平均流速

??19.45/(0.0003142u?V/?F?3600?3600)?17.20（m/s）

雷诺准数

=19706 Re?di?u?/??0.0200?17.20?1.11/0.0000194暨南大学本科实验报告专用纸(附页)

（8）以

NuNuRe为纵坐标，为横坐标，在对数坐标系上标绘～Re关系

Pr0.4Pr0.4作图，得到准数关联式Nu?ARemPr0.4中的系数。

（9）重复（1）-（8）步，处理强化管的实验数据。作图、回归得到准数关m联式Nu?BRe中的系数。Nu?0.025Re0.81Pr0.4 附:数据记录表 数 据 整 理 表（1）（普通管） 装置编号： No. 流量（Kpa) T1(℃） ρT1(Kg/m^3) T2(℃） Tw(℃） at(℃） ρat(kg/m^3) λat*100 Cp at μ?iat*10000 dt(℃） dat(℃） Vt1(m^3/h) V(m^3/h) u(m/s) ?iqc(W) （W/m2·℃） Re Nu Nu/(Pr^0.4) 1 1.31 33.2 1.15 62.8 100.6 48 1.1 2.79 1005 1.94 29.6 52.6 25.98 27.23 24.08 247.53 74.89 27302.16 53.68 61.96 普 通 管 2 1.21 33.9 1.15 64 100.6 48.95 1.1 2.79 1005 1.94 30.1 51.65 24.97 26.19 23.15 242.08 74.58 26257.04 53.47 61.71 3 1.1 33.5 1.15 63.8 100.6 48.65 1.1 2.79 1005 1.94 30.3 51.95 23.80 24.98 22.08 232.43 71.20 25044.42 51.04 58.91 4 0.91 35.3 1.15 64.5 100.6 49.9 1.1 2.79 1005 1.94 29.2 50.7 21.65 22.68 20.05 203.33 63.82 22734.05 45.75 52.80 暨南大学本科实验报告专用纸(附页)

普通套管换热器实验准数关联图636261605958y = 0.0213x0.7821575655542000021000220002300024000250002600027000280002900030000Nu/(Pr0.4)Re

数 据 整 理 表（2）（强化套管） 装置编号： No. 流量（Kpa) T1(℃） ρT1(Kg/m^3) T2(℃） Tw(℃） at(℃） ρat(kg/m^3) λat*100 Cp at μ?iat*10000 dt(℃） dat(℃） Vt1(m^3/h) V(m^3/h) u(m/s) ?iqc(W) （W/m2·℃） Re Nu Nu/(Pr^0.4) 1 1.31 29.4 1.17 77.3 100.6 53.35 1.08 2.85 1005 1.97 47.9 47.25 25.98 28.03 3.97 404.86 54.54 10869.90 95.69 110.70 强化套管 2 1.21 28.9 1.17 77.4 100.6 53.15 1.08 2.84 1005 1.97 48.5 47.45 24.97 26.97 3.82 394.39 52.91 10457.67 92.82 107.38 3 1.1 28.8 1.17 77.6 100.6 53.2 1.08 2.85 1005 1.97 48.8 47.4 23.80 25.73 3.64 378.55 50.84 9975.83 89.18 103.17 4 0.91 27.7 1.17 77.7 100.6 52.7 1.08 2.86 1005 1.98 50 47.9 21.65 23.45 3.32 353.52 46.98 9092.71 82.42 95.35 暨南大学本科实验报告专用纸(附页)

强化套管换热器实验准数关联图112110108Nu/(Pr0.4)106104102y = 0.0454x0.839310098969490009200940096009800100001020010400106001080011000Re

根据图像及双对数坐标下直线方程，可得 对于普通管，有Nu = 0.0213Re对于强化管，有Nu=0.0454Re

0.7821

Pr0.4

0.8393

Pr0.4

五、实验结果分析及讨论

无论是普通管还是强化管，实验得到的Nu与Re的关系式与公认的经验式（Nu=0.02Re0.8Pr0.4）有一定的偏差。分析起来，产生偏差的主要原因可能有： （1）测量仪器本身的系统误差和外界因素的干扰。比如由于长期有人做实验，导致管内污垢层积，使管内热阻增大，导致测得的数据发生偏离。

（2）实验数据处理过程中，假设内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度较薄时，所以可以认为同一截面处换热管两侧壁温近似相等，而实际上内管材料的性能究竟有没有这么好，有待确定。

（3）测定实验数据时，要求在稳定传热状态下，要求稳定时间在8min以上，而事实上测量数据的时候，在温度稳定在3min左右就已经开始采集数据，而有可能此时传热尚未达到真正的稳定。即使每次数据都在度数稳定8min采集，也不能保证此时传热已经稳定，实验结果受实际复杂情况影响较大。 （4）数据处理的时候也会引入一定的误差。

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