化工原理实验报告——传热膜系数测定
3、切记每改变一个流量后，应等到读数稳定后再测取数据。
七．实验数据处理
本实验内管内径为0.020m，有效长度为1.20m。 1.原始数据：
蒸汽压 1.01kPa 蒸汽温度100.5℃ 表1原始数据 孔板压降kPa -0.02 0.16 0.29 0.45 0.63 0.85 1.09 1.36 1.66 1.98 2.31 2.67 3.04 3.45 3.82 2.数据处理：
本实验的数据处理由如下几个步骤完成：
步骤1：文献[1]给出了各个相应温度下的干空气的物性参数，选取其中部分数据如附录1所示； 步骤2：利用t?1(t1?t2)求取各个流量下流体的平均温度t，并利用线性插值，2管路压降kPa 0.20 0.52 0.69 0.90 1.14 1.40 1.70 2.02 2.39 2.75 3.16 3.68 4.03 4.51 4.94 进口t1?℃? 22.1 22.8 22.8 22.8 22.8 23.0 23.1 23.3 23.7 24.2 24.8 25.9 27.7 28.7 31.2 出口t2?℃? 壁温1（℃） 壁温2（℃） 25.3 65.5 65.2 64.6 64.0 63.3 62.1 62.2 61.6 61.3 61.1 61.2 61.7 61.8 62.9 99.9 99.8 99.7 99.6 99.7 99.7 99.7 99.7 99.7 99.7 99.7 99.7 99.7 99.7 99.7 100.2 100.1 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.9 99.9 100.0 求得各个平均温度下的相应物性参数，线性插值具体过程如附录2所示： 步骤3：利用平均壁温和流体进出口温度t1,t2求得各流量下的?tm，其过程见附表2所示；
步骤4：利用式（7），式（8）求得对应的流量和流速； 步骤5：利用式（6），式（5）求得各流量对应下的传热膜系数?
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化工原理实验报告——传热膜系数测定
步骤6：利用Nu、Re、Pr数据组的定义式，求得各流量下的Nu、Re、Pr值 步骤7：利用origin对lgRe对lg应的m与lgA；
步骤8：利用实验条件下的炮和蒸汽压查出ts，利用公式 K=Q/(AΔTm）计算出总传热系数K
上述步骤1-6中涉及到的中间数据和最终结果如下所示： 表2-1.直管处理中间数据
热导率流量m/h 3Nu作图，并利用其中的拟合命令求解得到对0.4Pr流速 m/s 密度比热容粘度kg·m 1.190 1.113 1.114 1.115 1.114 1.117 1.118 1.118 1.118 1.118 1.116 1.113 1.112 1.110 1.103 3kJ·kg·K 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 ?1mW·m·K ?1?1传热量 W ?Pa·s 18.3 19.3 19.3 19.3 19.3 19.3 19.3 19.2 19.2 19.2 19.2 19.3 19.4 19.4 19.5 -3.17 9.74 13.43 17.02 20.41 24.00 27.45 30.93 34.45 37.89 41.18 44.53 47.76 51.14 54.03
-2.80 8.62 11.88 15.06 18.06 21.24 24.30 27.37 30.49 33.53 36.44 39.41 42.27 45.26 47.81 26.21 27.89 27.88 27.86 27.82 27.81 27.77 27.78 27.77 27.78 27.80 27.83 27.90 27.98 28.10 -3.307 129.225 177.089 221.450 261.510 301.600 339.268 375.522 407.506 438.737 469.560 488.412 504.094 524.536 527.392 6
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表2-2.直管处理中间数据
?tm?℃? 76.29 53.01 53.21 53.61 54.01 54.38 55.97 54.98 55.20 55.19 55.07 54.56 53.51 53.04 51.33 ? K W/(m2/℃） W/(m2/℃） -0.575 32.348 44.163 54.814 64.250 73.595 80.435 90.634 97.961 105.488 113.145 118.788 125.007 131.230 136.340 -0.665 32.258 44.073 54.724 64.160 73.505 80.345 90.544 97.871 105.398 113.055 118.698 124.917 131.140 136.250 Pr Nu Re Nu 0.4Pr0.701 0.697 0.698 0.697 0.698 0.697 0.698 0.698 0.698 0.697 0.698 0.698 0.697 0.697 0.698 -0.414 23.290 31.800 39.470 46.620 52.990 57.910 65.260 70.530 75.950 81.460 85.520 90.000 94.340 98.160 -3641.53 9942.03 13714.32 17400.93 20848.54 24585.58 28152.75 31874.65 35508.15 39048.48 42361.50 45454.23 48457.98 51792.37 54086.59 -0.48 26.91 36.72 45.60 53.83 61.22 66.87 75.35 81.44 87.75 94.06 98.75 103.98 108.99 113.34 步骤7中所得的图如下图2所示：
1000Nu/Pr^0.410010Re10000y = 0.8313x -1.8735100000R2 = 0.998图2.
Nu与Re关系图 Pr0.4
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八．结果与讨论
1.强制湍流条件下空气侧的给热系数α，由表2-2中第二列给出。
2.α关联式中系数A和指数m.n，因为空气被加热n=0.4由图2给出方程： y=0.8313x-1.8735 所以A= 0.0134 m=0.8313 3.总传热系数K，由表2-2第三列给出。 可以看出给热系数跟总传热系数很接近。 参考文献：
[1]陈敏恒.化工原理(上册).化学工业出版社.第三版.北京:2011.6:268 [2]杨祖荣.化工原理实验.化学工业出版社.北京:2011.8:60-63 附录1.干空气物性参数
温度 密度比热容热导率粘度℃ 40 50 60 附录2.
一维插值过程：
s kg·m3 kJ·kg·K?1 mW·m?1·K?1 ?Pa·1.128 1.093 1.060 1.005 1.005 1.005 27.45 28.24 28.93 19.1 19.6 20.1 已知相邻的两组数据?X1,Y1?,?X2,Y2?,求X1,X2之间的x所对应的y值，其具体式子如下：
(x?X1)?Y2??X2?x??Y1 y?X2?X1
?tm求解过程：
?tm?式中?tm——平均对数温度 ℃
t2?t1
ln((T?t1)/?T?t2?)8
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t1,t2——分别为冷、热流体温度 ℃
T——壁温 ℃
九．误差分析
影响给热系数的主要因素：
1 液体的状态：气体、液体、蒸气及传热过程是否有相变化等； 2 液体的物理性质：如密度、比热容、粘度及导热系数； 3 液体的流动形态：层流或湍流；
4 液体对流的对流状况：自然对流，强制对流等； 5 传热表面积的形状、位置及大小。
在该实验过程中，空气流量读数时存在误差；进行温度读数时，温度不稳定，使得读数时存在误差；实验是在固定水流量的条件下进行的，但在实验过程中，水流量会出现波动，会对测定结果产生影响。
十．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
d2?d211d21???R1????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是将升高呢还是降低？为什么？
答：管内空气流速增大时，空气湍动增加，雷诺数增大，有利于传热膜系数增大。当空气流速增大时，虽然传热膜系数会增大，但空气流量增大的影响较大，在入
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口温度相同时，空气离开热交换器温度会降低。
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.试估算空气一侧的热阻占总热阻的百分数。
答：忽略污垢热阻时，热阻计算主要为 ，空气对流传热系数的数量
级为102而蒸汽冷凝传热系数的数量级为104，则空气热阻所占比例约为
，即热阻主要表现为空气热阻。
5.以空气为介质的传热实验中雷诺数Re应如何计算？
答：雷诺数Re=du?/?，流速通过孔板压降以及相应的公式求得。而管径为常数，而空气在不同温度下的粘度和密度，需要通过查表求得几个关键温度下的相应值，并利用内插法求得。内插法的具体过程附录2已给出。 6.本实验可采取哪些措施强化传热？
答：提高空气流速，内管加填充物或换螺纹管。 7.若欲实现计算机在线测控，应如何选传感器及仪表？
答：流量测量采用电磁流量计、涡街流量计、涡轮流量计、质量流量计都可以，带一体化表头，也可带模拟量输出配数字显示仪表。压力采用压力变送器配数字显示仪表。
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