五、实验数据记录与处理
1、实验数据的记录
1.1 普通传热情况下的原始实验数据
实验次数 转速/Hz 加热温控/℃ 进口温度/℃ 壁温/℃ 孔板压降/Kpa 出口温度/℃
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
50.00 46.00 42.00 38.00 34.00 30.00 26.00 22.00 18.00 14.00 10.00 99.8 32.5 99.0 4.47 63.3
99.9 34.1 98.9 3.88 65.8
100.1 34.4 98.9 3.30 66.7
100.2 34.3 99.0 2.75 68.0
100.2 33.8 99.1 2.22 68.6
100.2 33.2 99.0 1.77 69.0
100.2 32.7 99.2 1.36 69.3
100.2 32.0 99.3 0.98 69.9
100.3 31.4 99.3 0.68 70.5
100.4 30.8 99.3 0.42 71.3
100.4 30.3 99.3 0.24 72.2
1.2 加强传热情况下的原始实验数据
实验次数 转速/Hz 加热温控/℃ 进口温度/℃ 壁温/℃ 孔板压降/Kpa 出口温度/℃
2、实验数据的处理
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
10.00 14.00 18.00 22.00 26.00 30.00 34.00 38.00 42.00 46.00 50.00 100.4 27.5 99.6 0.12 80.1
100.2 27.3 99.3 0.20 80.5
100.2 27.2 99.4 0.31 80.3
100.2 27.1 99.3 0.44 79.8
100.3 27.1 99.3 0.60 79.3
100.3 27.5 99.3 0.78 78.8
100.2 27.9 99.4 0.98 78.3
100.2 28.7 99.3 1.19 78.0
100.2 30.3 99.0 1.42 78.0
100.2 32.1 99.0 1.65 78.3
100.2 33.4 99.0 1.78 78.8
2.1 查对应的资料可得如下数据
在平均温度为50℃下，空气的一些物理性质如下：
λ=-1-1 μ=-5 ρ=1. 093Kg *m 3 C p =1. 017KJ *Kg -1*℃-1
又据牛顿冷却定律知
Q =α*A *∆t m
且有热量衡算知
Q =W ⋅C p (t 2-t 1)/3600=ρ⋅V ⋅C p (t 2-t 1)/3600
其中空气流量采用孔板流量计测量，V=26.2×ΔP0.54，m3/h，ΔP单位为kPa
2.2 依据以上两式对普通传热和加强传热处理原始数据得 2.2.1 普通传热处理后的数据
实验次数 V/m3/h Q/KW Δt m /℃
1 58.8
2 54.5
3 49.9
4 45.2
5 40.3
6 35.7
7 30.9
8 25.9
9 21.3
10 16.4
11 12.1
0.559 0.533 0.498 0.471 0.433 0.394 0.350 0.303 0.257 0.205 0.157 49.5
47.2
46.5
45.8
45.7
45.6
45.8
45.8
45.6
45.3
44.8
α/W*m-2*K-1 u/m*s-1
142.99 143.06 135.55 130.11 119.92 109.48 96.64 83.89 71.32 57.35 44.28 52.028 48.199 44.164 40.023 35.653 31.548 27.364 22.926 18.820 14.509 10.725
2.2.2 加强传热处理后的数据
实验次数 V/m/h Q/KW Δt m /℃
3
1 8.3
2 11.0
3 13.9
4 16.8
5 19.9
6 22.9
7 25.9
8 28.8
9 31.7
10 34.3
11 35.8
0.135 0.180 0.228 0.274 0.320 0.363 0.403 0.438 0.466 0.490 0.501 40.2
39.6
39.9
40.3
40.7
40.9
41.3
41.1
40.2
39.4
38.5
α/W*m-2*K-1 u/m/s
42.61 57.66 72.35 86.04 99.77 112.24 123.62 134.80 146.67 157.43 164.68 7.376 9.719 12.314 14.878 17.590 20.268 22.926 25.460 28.009 30.375 31.644
故在普通传热情况下的传热膜系数
加强传热情况下的膜系数
α=108.90W*m-2*K-1
2.3 通过因次分析法知在强制对流的情况下，有以下无因次准数关系
Re =
C μαd du ρ
Pr =p Nu =
λλμ
在该实验情况下空气被加热，强制湍流流经圆形直管，工程设计上可取以下参数，进而可以求得α
Nu =0. 023⋅Re 0. 8⋅Pr 0. 4
则通过以上公式分别求其Re 、Pr 、Nu ，然后求得对应的α，列表如下
2.3.1普通传热下的处理后数据
实验次数 Re Pr Nu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
63895 59193 54237 49152 43785 38744 33605 28155 23113 17818 13171 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 139.20 130.94 122.10 112.85 102.88 93.29 83.25 72.26 61.71 50.11 39.35 194.88 183.32 170.94 157.99 144.03 130.61 116.55 101.17 86.39 70.16 55.09
α/W*m-2*K-1
2.3.2 加强传热下的处理数据
实验次数 Re Pr Nu
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
9059 11936 15123 18271 21602 24890 28155 31268 34398 37303 38862 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 29.169 36.37 43.95 51.13 58.46 65.48 72.26 78.59 84.82 90.50 93.52 40.84 50.92 61.53 71.58 81.85 91.67 101.17 110.02 118.75 126.70 130.92
α/W*m-2*K-1
故通过因此分析法在普通传热情况下的传热膜系数
加强传热情况下的膜系数
α=89.63W*m-2*K-1
3、验证参数的正确性 验证A 、m 的方法：
lg
Nu
=lg A +m lg Re 0. 4
Pr
以lgNu/Pr0.4为纵坐标，以lgRe 为横坐标作图，根据斜率和截距即可求得A 、m ，与经验数据对比即可。 故若选择普通传热来验证，则对应的X 、Y 值为
实验次数
X Y
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
4.805 4.772 4.734 4.692 4.641 4.588 4.526 4.450 4.364 4.251 4.120 2.206 2.180 2.149 2.115 2.075 2.032 1.983 1.921 1.853 1.762 1.657
则相应的图形为
又图可知，截距b=-1.6383，m=0.8 又因为lg A =b ，所以
A=10^b=10^(-1.6383)=0.023
这与经验公式是完全一致的。
3