空气-蒸汽对流传质系数的测定

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五、实验数据记录及处理

表1 实验原始数据记录表

水蒸气压强MPa	qV体积流量(m3/h)	t1空气进口处温度（oC）	t2空气出口处温度（oC）	T1蒸汽进口温度（oC）	T2蒸汽出口温度（oC）	空气进口处密度（Kg/m3）	qm质量流量（Kg/s）	镀层厚度检测u空气流速（m/s）
0.02	20.0	61.7	82.4	101.9	101.7	1.052019	0.005845	27.645081
0.02	18.1	61.6	82.4	101.9	101.7	1.052346	0.005291	25.018799
0.02	17.0	61.8	82.8	101.8	101.9	1.051692	0.004966	23.498319
0.02	高纯度的氧化铜 15.9	62.1	82.8	101.7	101.7	1.050714	0.004641	21.977840
0.02	13.4	61.3	82.9	102.0	102.1	1.053327	0.003921	18.522205
0.02	11.3	60.2	82.3	101.7	101.7	1.056940	0.003318	15.619471
0.02	9.5	58.6	81.6	102.0	101.9	1.062240	0.002803	13.131414
0.02	7.6	55.9	81.0	101.9	101.7	1.071298	0.002262	10.505131

空气进口处的密度：ρ=10-5t2-4.5*10-3t+1.2916(t为空气进口处温度，即t1)

空气质量流量：qm=qv*ρ（Kg/s）

空气流速：u=4qv/(πd2) (m/s)

表2 总传热系数K的计算

空气定性温度（t平均oC）	定性温度下的空气密度ρ’（Kg/m3）	冷、热流体间的对数平均温差oC	总传热系数K~h	怒塞尔数Nu
72.1	1.019287	28.5	85.155885	45.325555
72.0	1.019440	28.6	77.354291	41.178316
72.3	1.018523	28.2	74.147705	39.440984
72.5	1.018065	28.0	68.937746	36.655585
72.1	1.019134	28.6	59.489350	31.660078
71.3	1.021741	29.1	固体增塑剂 50.666594	27.023563
70.1	1.025290	30.4	42.555131	22.764576
68.5	1.030429	31.7	35.778697	19.221460

空气定性温度：t平均=1/2（t1+t2）

空气比定压热容：Cp=1005J*Kg-1*K-1(<60OC)  Cp=1009J*Kg-1*K-1(>70OC)

定性温度下的空气密度：ρ’=10-5t2-4.5*10-3t+1.2916(t为空气定性温度，即t平均)

冷、热流体间的对数平均温差：△tm=（（T1-t2）-(T2-t1）)/ln((T1-t2灌铅)/(T2-t1))

传热面积：A=πd2l（m2）

总对流传热系数K约等于冷流体的对流传热系数实验值h:h=K=qm1Cp1(t2-t1)/(A△tm)

表3 h理论值的计算及各点之间的相对误差

老婆饼机

Pr普朗特数	Re雷洛数	怒塞尔数的理论值Nu’	λ空气导热系数	μ空气黏度	h’理论值	各点之间的相对误差
0.693731	21814.371645	58.775796	0.030060	0.000021	110.425673	0.228840
0.693741	19747.220252	54.276472	0.030056	0.000021	101.959438	0.241323
0.693682	18517.762385	51.554046	0.030079	0.000021	96.919848	0.234959
0.693652	17305.855199	48.835874	0.030091	0.000021	91.845079	0.249413
0.693721	14611.770645	42.654431	0.030064	0.000021	80.147760	0.257754
0.693890	12377.370602	37.354834	0.029998	0.000021	70.036739	0.276571
0.694119	10469.433724	32.676831	0.029910	0.000021	61.084679	0.303342
0.691696	8449.528101	27.489055	0.029782	0.000020	51.167941	0.300760

空气黏度：μ=（-2*10-6t2+5*10-3t+1.7169）*10-5

空气导热系数：λ=-2*10-8t2+8*10-5t+0.0244

雷洛数：Re=duρ’/μ

普朗特数：Pr=Cpμ/λ

怒塞尔数的理论值:Nu’=0.023Re0.8Pr0.4

怒塞尔数：Nu=Kd/λ

h理论值：=0.023Re0.8Pr0.4λ/d

实验值h’与理论值h各点之间的相对误差：/h’-h//h’*100%

误差分析：设备内的空气未排尽，即有不冷凝性气体存在，使实验值h下降。

图1 Nu/Pr0.4--Re的幂函数关系拟合曲线

通过Nu/Pr0.4-Re的幂函数关系拟合曲线得到关系式：y = 0.0056x0.9155；

确定常数：A=0.0056,m=0.9155。

图图2 凸轮滚子lg(Nu/Pr0.4)--lg(Re)的双对数坐标拟合曲线

实验数据分析：y = 0.9155x - 2.2516  R² = 0.9991 Nu/Pr0.4=ARem ==》 lg(Nu/Pr0.4)=lgA+mlg(Re)；lgA=-2.2516 ==> A=0.0056  m=0.9155

与教材中的经验式Nu/Pr0.4=0.023Re0.8比较误差较大,Nu=0.023Re0.8Prm有条件范围（Re>104,0.6<Pr>160），而实验数据并未完全都在此范围。那用此公式计算的Nu’和h’误差就比较大。

实验总结：本次实验的数据误差较大，考虑到有可能是冷凝水没有及时排除，附着在管外壁上，增大了热阻，降低了传热系数。所以应该在操作之前打开冷凝水排水口，等待时间长一点让冷凝水能排尽；在实验过程中，有必要的话也应该打开一个小孔，让冷凝水排除。

实验过程中随着空气体积流量的减小，空气的进口温度却越来越低，可能是管壁给空气中的温度降温了，导致了一定的实验误差。

本文发布于:2023-06-18 16:08:26，感谢您对本站的认可！

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