空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案

空气—蒸汽对流给热系数测定

一、实验目的

⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数A、m的值。

⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。

二、实验装置

本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。

表1 实验装置结构参数

实验内管内径d i（mm）16.00

实验内管外径d o（mm）17.92

实验外管内径D i（mm）50

实验外管外径D o（mm）52.5

总管长（紫铜内管）L（m） 1.30

测量段长度l（m） 1.10

图1 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

1— 光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵；

孔板流量计测量空气流量

空气压力

蒸汽压力

空气入口温度

蒸汽温度

空气出口温度

5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀；

12、13—蒸汽放空口； 15—放水口；14—液位计；16—加水口；

三、实验内容

1、光滑管

①测定6～8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数α1。

②对 α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe m 中常数A 、m 的值。 2、波纹管

①测定6～8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数α1。

②对 α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值。

四、实验原理

1．准数关联

影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为： Nu=CRe m Pr n Gr l

（1）

式中C 、m 、n 、l 为待定参数。

参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则Gr 为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr 可视为常数。所以，准数关联式（1）可写成

Nu ＝CRe m

（2）

Re

4

du V d ρ

ρ

π

μ

μ

=

=

其中： , 500.02826W/(m.K)d

Nu αλλ

=

=℃时，空气的导热系数

待定参数C 和m 可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式（2）取对数，回归求

得直线斜率和截距。

2．传热量计算

努塞尔数Nu 或α1无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由（3）式计算。

Q ＝W e c pc （t 2－t 1）= V ρ1c pc （t 2－t 1）

（3）

根据热传递速率

Q ＝KS Δt m （4） 所以 KS Δt m =V ρ1c pc （t 2－t 1）

（5） 式中：Q ——换热器的热负荷（即传热速率），kJ ／s ； We ——冷流体的质量流量，kg ／s ； V ——冷流体（空气）的体积流量，m 3/s ； ρ1一冷流体（空气）的密度，kg ／m 3； K ——换热器总传热系数，W/（m 2·℃）；

C pc 一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kg ·K ）； S ——传热面积，m 2；

Δt m ——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。

空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。综合上面各式即可算出传

Re

m

c d

αλ=因此：

热总系数K 。

3．传热膜系数的计算

当传热面为平壁或者当管壁很薄时，总的传热阻力和传热分阻力的关系可表示为：

12

11b 1 (6)K αλα=++

式中：αl ——空气在圆管中强制对流的传热膜系数，W ／（m 2·℃）； α2——蒸汽冷凝时的传热膜系数，W ／（m 2·℃）。

当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管而且壁厚b 较薄，黄铜导热系数λ比较大）时，

121

1111

K ααα≈+≈ （7）

蒸汽冷凝传热膜系数远远大于空气传热膜系数，则K ≈α1。因此，只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K 值，由此求得空气传热膜系数α1。 4．努塞尔数和雷诺数的计算

1

112du dV V Re (8)d d 44

ρρρπ

π

μ

μ

μ

=

=

=

121V c ()d Kd Nu (9)pc m

t t d S t ραλλλ-===?

式中：λ——空气导热系数，W ／（m ·℃）； μ一空气的粘度，Pa ·s ；

d ——套管换热器的内管平均直径，m ； ρ1——进口温度t 1时的空气密度，kg ／m 3。

由于热阻主要集中在空气一侧，本实验的传热面积S 取管子的内表面较为合理，即 S ＝πdl

本装置d=0．0178 m ，l=1．327m 。 5．空气流量和密度的计算

空气密度ρ1可按理想气体计算： 式中：p a ——当地大气压，Pa ；

t ——孔板流量计前空气温度，℃，可取t=t 1；

空气的流量由 1／4喷嘴流量计测量，合并常数后，空气的体积流量可由（11）式计算

1

1ρR

C V = （11）

式中：C 0——合并整理的流量系数，其值为C 0=0．001233； R ——喷嘴流量计的压差计示值，mmH 2O 。 V 1——空气的体积流量，m 3／s 。

五、实验操作

1．实验前的准备

（1）向电加热釜加水至液位计上端红线处。 （2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。

（3）检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管路的畅通。 （4）接通电源总闸，设定加热电压，启动电热锅炉开关，开始加热。 2．实验开始

（1）当蒸汽压力稳定后，启动旋涡气泵并运行一段时间，保证实验开始时空气入口温度1t （℃）稳定。

1273

1.29

(10)

101330273p

P t

ρ=?

+

（2）调节空气流量旁路阀的开度或主阀开度，使孔板流量计的压差计读数为所需的空气流量值。

（3）稳定5－8分钟左右读取压差计读数，读取空气入口、出口的温度值1t 、2t （温度测量可采用热电偶或温度计）、空气压力值p 1、空气入、出口之间压力差p 2、蒸汽温度值t 3及压力值p 3,孔板流量计读数p 4。

（4）调节空气流量，重复（3）与（4）共测6－10组数据（注意：在空气入、出口之间压力差p 2最大值与最小值之间可分为6-10段）。

（5）实验过程，要尽可能保证蒸汽温度或压力稳定，在蒸汽锅炉加热过程（蒸汽温度或压力变化较大）不要记录数据。 3．实验结束

（1）关闭加热器开关。

（2）过5分钟后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。 （3）切断总电源。

六、实验注意事项

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。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，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀（见图1所示）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、调节流量后，应至少稳定5～10分钟后读取实验数据。

5、套管换热器中积累的热水要及时放掉，以免影响蒸汽传热。

七、实验记录及数据处理

1.给热系数K 的计算

序号 1 2

3

4 5 6 7 空气进口处密度ρ Kg/m 3 1.209 1.208 1.206 1.204 1.202 1.197 1.192 空气质量流量m2 Kg/s 0.0019 0.0024 0.003 0.0035 0.0041 0.0046 0.005 空气流速 u m/s 7.98 10.09 12.37 14.56 17 19.21 21.01 空气定性温度t 平均 ℃ 41.7 42.05 42.4 42.75 43.4 44.25 45.25 定性温度下的空气密度ρ’Kg/m 3 1.213 1.12 1.119 1.118 1.115 1.112 1.108 冷、热流体间的对数平均温差△t m℃ 58.5 57.91

57.63 57.42 56.74 55.85 46.08 总给热系数K w/㎡·℃ 29.84 37.42

47.1 54.79 64.81 73.38 95.36

2..α2理论值的计算

序号

1 2 3 4 5 6 7 对流给热系数α2 w/㎡·℃ 29.84 37.42 47.1 54.79 64.81 73.38 95.36 空气黏度μ（×10∧-5Pa·s） 1.922

1.924

1.925 1.925 1.93 1.934 1.939 空气导热系数λ W/m ·K

0.0273 0.0277

0.0278

0.0278

0.0278

0.0275

0.028

雷诺数 Re

8058.056 9397.755 11505.064 13529.833 15713.99 17672.405 19209.413 普兰特数 Pr 0.7076 0.6981 0.7 0.7 0.697 0.7069 0.6966 努赛尔数 Nu

17.49 21.61 23.72 31.53 37.3 42.69 54.49 α2理论值 α2’ w/㎡·℃ 45.54 52.01 61.44 69.93 78.78 86.01 92.96 努赛尔数理论值 Nu'

26.69

30.04

35.36

40.25

45.29

50.04

53.16

3.α2理论值与实验值比较

序号 1 2 3 4 5 6 7 α2理论值 45.54 52.01 61.44 69.93 78.78 86.01 92.96 α2实验值 29.84 37.42 47.1 54.79 64.81 73.38 95.36 α2相对误差 0.3448

0.2805 0.2334 0.2165 0.1772 0.1468 -0.0258

误差分析：

1. 迪图斯-贝尔特公式有条件范围，而实验数据并非全在其适用范围内，用此公式算出的

Nu ’和α2’误差就可能较大。

2. 实验时，等待时间不足，导致数据未稳定时就记录了。

冷流体给热系数的准数式：Nu/Pr 0.4

=APr

m

ln(Nu/Pr 0.4)=lnA+m ln(Re)

lnA=-7.9273 ，A=0.0256 m=1.2124

另附上原始实验数据：

序号

1 2 3 4 5 6 7 ln(Nu/Pr 0.4) 3 3.22 3.31 3.59 3.76 3.89 4.12 ln(Re)

8.99

9.15

9.35 9.51 9.66 9.78 9.86

序号 冷空气 热蒸汽

流量（m 3/h ） 进口温度（℃） 进口温度（℃） 进口温度（℃） 进口温度（℃） 1

5.27 19.20 64.20 103.10 103.00 2 7.30 19.50 64.60 102.90 102.80 3

8.95 19.80

65.00

103.00 102.90

4、对实验结果进行分析与讨论。

从图像中线性回归方程的相关系数来看，实验数据结果不是很准确，特别是螺纹管。产生误差的来源很多，读数不稳定 、换热器保温效果差、换热器使用久了，污垢较厚，热流量值下降等都使结果有一定的偏差。而且在处理数据时，采用很多近似处理，而实际实验时很多的条件并不稳定。在实验过程中采用改变空气流量来调节，但是在改变空气流量的同时，其他的数据也会改变，比如说空气出口温度，而且在改变的过程中，要经过一段时间空气出口温度才会稳定，而我们测定的温度一定要是这个稳定的温度，所以在测定中没有经过足够长的时间导致测定的温度不是稳定的温度，所以实验时要注意等待五到十分钟待数据比较稳定时，这样实验结果就比较准确。

八、思考题

（1）影响传热膜系数的因素有哪些？

答：膜的厚度，液体的物性，以及压力温度。还有材料的分子结构及其化学成份、材料重度、材料湿度状况和温度状况。

（2）在蒸气冷凝时，若存在不凝性气体，你认为将会有什么影响？应该采取什么措施？

答：对换热系数影响很大，一般想办法除去，比如溴化锂吸收式制冷机均陪伴真空泵，其作用就是及时排除系统内的不凝性气体。1）会由于空气中含有水分造成冰堵。冰堵不单使制冷效率下降。而且会导致系统停机。压力不断降低，还会损坏压缩机。2）空气混入压缩腔，

4 10.60

20.30 65.20 103.10 103.00 5 12.30 21.00 65.80 103.10 103.00 6 13.90 22.00 66.50 103.10 102.90 7 15.20 23.30 67.20 102.90 102.90

由于空气中含有不凝性气体，如氮气。这些不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。3）并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。

（3）蒸气冷凝后，将产生冷凝水，如冷凝水不能放出，累积后淹埋加热铜管，你认为将会有什么影响？应该采取什么措施？

答:1）会由于空气中含有水分造成冰堵。冰堵不单使制冷效率下降。而且会导致系统停机。压力不断降低，还会损坏压缩机。2）空气混入压缩腔，由于空气中含有不凝性气体，如氮气。这些不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。3）并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。

（4）本实验中所测定的壁面温度是靠近蒸气侧的温度，还是接近空气侧的温度？为什么？

答：壁面温度是靠近蒸汽温度。应为壁面温度接近于对流传热系数大的一侧的温度，而在实验过程中是以

121

1111K ααα≈+≈，所以21αα?，所以壁面温度接近于蒸汽温度。 （5）在实验中有哪些因素影响实验的稳定性？

答：空气和蒸汽的流向，冷凝水不及时排走，蒸汽冷凝过程中，存在不冷凝气体，对传热的有影响等。

对流传热系数的测定实验报告

. . .. . . 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：

目录 一、实验目的和要求 (2) 二、实验流程与装置 (2) 三、实验容和原理 (2) 1.间壁式传热基本原理 (2) 2.空气流量的测定 (2) 3.空气在传热管对流传热系数的测定 (2) 3.1牛顿冷却定律法 (2) 3.2近似法 (2) 3.3简易Wilson图解法 (2) 4.拟合实验准数方程式 (2) 5.传热准数经验式 (2) 四、操作方法与实验步骤 (2) 五、实验数据处理 (2) 1.原始数据： (2) 2.数据处理 (2) 六、实验结果 (2) 七、实验思考 (2)

一、实验目的和要求 1）掌握空气在传热管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。

导热系数、传热系数、热阻值概念及热工计算方法(简述实用版)

导热系数、传热系数、热阻值概念及热工计算方法 导热系数λ[W/(m.k)]： 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K,℃),在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米?度(W/m?K,此处的K可用℃代替)。导热系数可通过保温材料的检测报告中获得或通过热阻计算。 传热系数K [W/(㎡?K)]： 传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度(K，℃)，1小时内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米?度(W/㎡?K，此处K可用℃代替)。传热系数可通过保温材料的检测报告中获得。 热阻值R(m.k/w)： 热阻指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。单位为开尔文每瓦特（K/W）或摄氏度每瓦特（℃/W）。 传热阻： 传热阻以往称总热阻，现统一定名为传热阻。传热阻R0是传热系数K的倒数，即R0=1/K，单位是平方米*度/瓦（㎡*K/W）围护结构的传热系数K值愈小，或传热阻R0值愈大，保温性能愈好。 （节能）热工计算： 1、围护结构热阻的计算 单层结构热阻：R=δ/λ 式中：δ—材料层厚度(m)；λ—材料导热系数[W/(m.k)] 多层结构热阻： R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn 式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻(m.k/w) δ1、δ2、---δn—各层材料厚度(m) λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)] 2、围护结构的传热阻 R0=Ri+R+Re 式中: Ri —内表面换热阻(m.k/w)(一般取0.11) Re —外表面换热阻(m.k/w)(一般取0.04) R —围护结构热阻(m.k/w) 3、围护结构传热系数计算 K=1/ R0 式中: R0—围护结构传热阻 外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算 Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/(m.k)] Kp—外墙主体部位传热系数[W/(m.k)]

空气对流传热系数的测定

空气对流传热系数的测定 一、实验目的 1.测定空气在圆直管中强制对流时对流传热系数。 2.通过使实验掌握并确定对流传热系数准数关联式中的系数； 3.通过实验提高对准数的理解，并分析影响对流系数的因素，了解强化传热的措施； 4.掌握强制对流传热系数及传热系数的测定方法； 5.了解热电偶和电位差计的使用和仪表测温方法。 二、实验原理 1.本实验装置为套管式换热器，空气走管内水蒸汽走管间，两流体在换热器内进行热量交换，其传热基本方程式:Q=KA ?t m 其中:Q=Wc p （t 进-t 出） ?t m =（T-t 进）-（T-t 出）/Ln(T-t 进)/(T-t 出) 当测取Q 、A 后便可得到K 值。 i i m O O A 1A b A 1KA 1α+λ+α= 分析可知蒸汽的对流传热热阻、金属导热热阻都远小于空气对流热阻，则上式可近似写成 i i A 1KA 1α= 又 KA=O O i i A K A K = 当传热面积A i (内管内壁面积)时，由上述内容可得: m i i i t A Q K ?==α （1） 2.若从实验中通过热过热电偶，测取内管的外壁温度，由于金属管热阻很小可忽略其内外壁间的温差，于是αi 也可由牛顿冷却定律(对流传热速率方程)得出: m i i t A Q ?=α （2） (2)式与(1)式比较只是?'t m 与?t m 略有区别，?'t m 是以壁与空气之间的温度差的平均值。从热阻观点看（1）式忽略了蒸汽对流传热热阻和金属管壁导热热阻。而（2）式只忽略了金属导热热阻，因此用（2）得到的αi 应更好些。如用（1）计算αi 可认为用代替蒸汽温度，使

气汽对流传热系数的测定实验

《气-汽对流传热系数的测定》实验 一、仪器设备简介 流程如图，冷空气由风机13，经孔板流量计11计量后，进入换热器内管，并与套管环隙中蒸汽换热。空气被加热后，排入大气。空气的流量可用控制阀9调节。 1 、蒸汽发生器 2、蒸汽管 3、补水口 4、补水阀 5、排水阀 6、套管换热器 7、放气阀 8、冷凝水回流管 9、空气流量调节阀 10、压力传感器 11、孔板流量计 12、空气管 13、风机 二、试验目的、任务 1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法。 2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数A 和指数m 、n 的方法。 3、通过实验提高对α准数关联式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。 三、实验原理及步骤 1、实验原理： 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变式对流传热准数关联式的一般形式为： Nu=A·R e m ·P r n ·G r p 对于强制湍流而言，G r 准数可以忽略，故 Nu=A· R e m ·P r n 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m 、n 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量R e m 和P r 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，既得到直线方程： lg(Nu/P r 0.4)=lgA+mlgR e 在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点的函数值带入方程式中，则可得到系数A ，即 A=Nu/(P r 0.4·R e m ) 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联式。应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A 、m 、n 。 对于方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。其准数定义式分别为：

对流传热系数的测定实验报告

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：

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 (4) 1.间壁式传热基本原理 (4) 2.空气流量的测定 (6) 3.空气在传热管内对流传热系数的测定 (6) 3.1牛顿冷却定律法 (6) 3.2近似法 (7) 3.3简易Wilson图解法 (8) 4.拟合实验准数方程式 (8) 5.传热准数经验式 (9) 四、操作方法与实验步骤 (10) 五、实验数据处理 (11) 1.原始数据： (11) 2.数据处理 (11) 六、实验结果 (14) 七、实验思考 (15)

一、实验目的和要求 二、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 三、因素和强化传热的途径； 四、2）把测得的数据整理成形 式的准数方程，并与教材中公认 五、经验式进行比较； 六、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。 七、实验流程与装置 八、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。 九、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。 十、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。 十一、 十二、 十三、 十四、

传热系数与给热系数

传热系数K 和给热系数α的测定 一. 实验目的 1. 了解间壁式传热元件的研究和给热系数测定的实验组织方法； 2. 掌握借助于热电偶测量壁温的方法； 3. 学会给热系数测定的试验数据处理方法； 4. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。 二. 基本原理 １．传热系数K 的理论研究 在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置 来达到物料的冷却和加热。这种传热过程系冷、热流 体通过固体壁面进行热量交换。它是由热流体对固体 壁面的 对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对 流给热三个传热过程所组成。如图1所示。 由传热速率方程知，单位时间所传递的热量 Q=()t T KA - （1） 而对流给热所传递的热量，对于冷、热流体均可由牛顿冷却定律表示 Q=()1w h h t T A -α （2） 或 Q=()t t A w c c -2α （3） 对固体壁面由热传导所传递的热量，则由傅立叶定律表示为 Q ()21w w m t t A -?=δ λ （4） 由热量平衡和忽略热损失，可将（2）、（3）、（4）式写成如下等式 Q=KA t T A t t A t t A t T c c w m w w h h w 1 112211-=-=-=-αλδα （5）所以 c c m h h A A A K αλδα111 ++= （6） ()22222111111,,,,,,,,,,,,u c u c d f K p p λμρδλλμρ=＝()5,2,6f （7） 图1传热过程示意图

从上式可知，除固体的导热系数和壁厚对传热过程的传热性能有影响外，影响传热过程的参数还有12个，这不利于对传热过程作整体研究。根据因次分析方法和π定理，热量传递范畴基本因次有四个：[L],[M],[T],[t] ,壁面的导热热阻与对流给热热阻相比可以忽略 K ≈()21,ααf （8） 要研究上式的因果关系，尚有π=13-4=9个无因次数群，即由正交网络法每个水平变化10次，实验工作量将有108次实验，为了解决如此无法想象的实验工作量，过程分解和过程合成法由此诞生。该方法的基本处理过程是将(7)式研究的对象分解成两个子过程如(8)式所示，分别对21,αα进行研究，之后再将21,αα合并，总体分析对K 的影响，这有利于了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。 当1α＞＞2α时，2α≈K ，反之当1α＜＜2α时，1α≈K 。欲提高K 设法强化给热系数小的一侧α，由于设备结构和流体已定，从(9)式可知，只要温度变化不大，1α只随1u 而变， ()1111111,,,,,λμραp c u d f = (9) 改变1u 的简单方法是改变阀门的开度，这就是实验研究的操作变量。同时它提示了欲提高K 只要强化α小的那侧流体的u 。而流体u 的提高有两种方法： （１）增加流体的流量； （２）在流体通道中设置绕流内构件，导致强化给热系数。 由(9)式，π定理告诉我们，π=７－４＝３个无因次数群，即： ()1111111,,,,,λμραp c u d f = ? ???? ??=λμμ ρλαp c du f d , (10) 经无因次处理，得： c b o a Nu Pr Re = (11) 如果温度对流体特性影响不大的系统，并且温度变化范围不大，则式(11)可改写为：b a Nu Re = 式中：c o a a Pr =。 ２．传热系数K 和α的实验测定

对流传热系数的测定

01 对流传热系数的测定 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.掌握空气在普通和强化传热管内的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 的径。 2.把测得的数据整理成B Re n Nu=?形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 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、实验内容和原理 在实际生产中，大量情况采用的是间壁式换热方式进行换热，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，不直接接触，通过固体壁面进行热量交换。 本实验主要研究汽—气综合换热，包括普通管和强化管。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，使换热效果更明显。 1. 空气在普通和强化传热管内对流传热系数的测定 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所组成。

T t Figure 1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 ()()()()111222211122--α-α-Δp p W W m M m Q m c T T m c t t A T T A t t KA t =====（1） 式中：Q ——传热量，s J /； 1m 、2m ——分别为热流体、冷流体的质量流量，s kg /； 1p c 、2p c ——分别为定性温度下热流体、冷流体的比热，()C kg J °?/； 1T 、2T ——分别为热流体的进、出口温度，C °； 1t 、2t ——分别为冷流体的进、出口温度，C °； 1α、2α——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对流传热系数，()2/W m C ??； 1A 、2A ——分别为热流体、冷流体测的传热面积，2m ； ()W M T T -、()w m t t -——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对数平均温差，C °； K ——以传热面积A 为基准的总传热系数，( )C m W °?2/； A ——传热面积，2m ； m t Δ——冷、热流体的对数平均温差，C °。 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（2）计算： ()()()112211 22 ----ln -W W W m W W T T T T T T T T T T -= （2） 式中：1W T 、2W T ——分别为热流体进、出口处热流体侧的壁面温度，C ?。 冷流体与固体壁面的对数平均温差可由式（3）计算：

对流传热系数测定实验

对流传热系数测定实验 一、实验目的 a)测定空气在传热管的对流传热系数，掌握空气在传热管的对流传热系数的测定方法。 b)把测得的实验数据整理成Nu=BRe n形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 c)通过实验提高对准数方程式的理解，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。 二、实验装置 实验装置如图1所示，由蒸汽发生器、风机、套管换热器、流量调节阀及不锈钢进、出口管道、温度测量和流量测量装置等组成。 1. 风机 F1. 旁路阀 2. 孔板流量计 3. 空气压力变送器 4. 蒸汽放空口 5. 冷凝液排放口 6. 玻璃视镜 7. 套管换热器 F2. 空气流量调节阀 F3. 蒸汽流量调节阀 8. 加水装置F4. 进水阀 13. 蒸汽发生器 T. 蒸汽温度 t1、t2 . 空气进、出口温度 T w1、T w2. 空气出口和进口侧的管壁温度 图1 空气-水蒸气传热实验装置示意图 三、对流传热及参数测取 空气从漩涡风机吸入，经孔板流量计计量后进入套管换热器的管（紫铜管），与来自蒸汽发生器的饱和水蒸汽在套管换热器进行换热。被空气冷凝下来的冷凝水经冷凝液排放口排入蒸汽发生器的加水装置。进入套管换热器的空气进、出口温度t1、t2分别由铜—康铜热电偶测出。换热管两端管壁温度T w1、T w2同样也分别由埋在管（紫铜管）外壁上的铜—康铜热电偶测出。蒸汽温度T由蒸汽发生器根据管路的实际状况实现自动控制，T由热电阻PT100测得。空气流量通过F2、F2的组合调节来改变或通过变频器改变，由孔板流量计测量，并通过压力变送器测出空气的压力。套管换热器管（紫铜管）的规格为：φ20×2 mm，换热管

12固体小球对流传热系数的测定讲解

固体小球对流传热系数的测定 A 实验目的 工程上经常遇到凭藉流体宏观运动将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程，此过程通称为对流传热（或对流给热)。显然流体的物性以及流体的流动状态还有周围的环境都会影响对流传热。了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重要的实际意义。 通过本实验可达到下列目的： (1) 测定不同环境与小钢球之间的对流传热系数，并对所得结果进行比较。 (2) 了解非定常态导热的特点以及毕奥准数（Bi ）的物理意义。 (3) 熟悉流化床和固定床的操作特点。 B 实验原理 自然界和工程上，热量传递的机理有传导、对流和辐射。传热时可能有几种机理同时存在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。 当物体中有温差存在时，热量将由高温处向低温处传递，物质的导热性主要是分子传递现象的表现。 通过对导热的研究，傅立叶提出： dy dT A Q q y y λ-== (1) 式中： dy dT - y 方向上的温度梯度[]m K / 上式称为傅立叶定律，表明导热通量与温度梯度成正比。负号表明，导热方向与温度梯度的方向相反。 金属的导热系数比非金属大得多，大致在50～415[]K m W ?/范围。纯金属的导热系数随温度升高而减小，合金却相反，但纯金属的导热系数通常高于由其所组成的合金。本实验中，小球材料的选取对实验结果有重要影响。 热对流是流体相对于固体表面作宏观运动时，引起的微团尺度上的热量传递过程。事实上，它必然伴随有流体微团间以及与固体壁面间的接触导热，因而是微观分子热传导和宏观微团热对流两者的综合过程。具有宏观尺度上的运动是热对流的实质。流动状态（层流和湍

板式换热器换热面积与传热系数的关系

传热效率高: 板片波纹的设计以高度的薄膜导热系数为目标，板片波纹所形成的特殊流道，使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流（湍流），扰动流又有自净效应以防止污垢生成因而传热效率很高。 一般地说，板式换热器的传热系数K值在3000～6000W/m2.oC范围内。这就表明，板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/2～1/4 即可达到同样的换热效果。 随机应变: 由于换热板容易拆卸，通过调节换热板的数目或者变更流程就可以得到最合适的传热效果和容量。只要利用换热器中间架，换热板部件就可有多种独特的机能。这样就为用户提供了随时可变更处理量和改变传热系数K值或者增加新机能的可能。 热损失小: 因结构紧凑和体积小，换热器的外表面积也很小，因而热损失也很小，通常设备不再需要保温。 使用安全可靠: 在板片之间的密封装置上设计了2道密封，同时又设有信号孔，一旦发生泄漏，可将其排出热换器外部，即防止了二种介质相混，又起到了安全报警的作用。 有利于低温热源的利用: 由于两种介质几乎是全逆 流流动，以及高的传热效果，板式 换热器两种介质的最小温差可达到 1oC。用它来回收低温余热或利用低 温热源都是最理想的设备。

冷却水量小: 板式换热器由于其流道的几何形状所致，以及二种液体都又很高的热效率，故可使冷却水用量大为降低。反过来又降低了管道，阀门和泵的安装费用。 占地少，易维护: 板式换热器的结构极为紧凑，在传热量相等的条件下，所占空间仅为管壳式换热器的1/2～1/3。并且不象管壳式那样需要预留出很大得空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆，即可在原空间范围内100%地接触倒换热板的表面，且拆装很方便。 阻力损失少: 在相同传热系数的条件下，板式换热器通过合理的选择流速，阻力损失可控制在管壳式换热器的1/3范围内。 投资效率高: 在相同传热量的前提下，板式换热器与管壳式换热器相比较，由于换热面积，占地面积，流体阻力，冷却水用量等项目数值的减少，使得设备投资、基建投资、动力消耗等费用大大降低，特别是当需要采用昂贵的材料时，由于效率高和板材薄，设备更显经济。

对流给热系数的测定(数据处理)

实验三 对流给热系数的测定 一、实验目的 1、观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型； 2、测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数i α； 3、应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 4、掌握热电阻测温的方法。 二、基本原理 在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： V ρC P (t 2－t 1)＝αi A i (t w －t)m （1-1） 式中： V ——被加热流体体积流量，m3/s ； Ρ——被加热流体密度，kg/m3； C P ——被加热流体平均比热，J/(kg ·℃)； αi ——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)； t 1、t 2——被加热流体进、出口温度，℃； A i ——内管的外壁、内壁的传热面积，m2； (T －T W )m ——水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃； 2 2112211ln )()()(w w w w m T T T T T T T T Tw T -----= - （1-2） (t w －t)m ——内壁与流体间的对数平均温度差，℃； 2 211 2211ln )()()(t t t t t t t t t t w w w w m w -----= - （1-3） 式中：T 1、T 2——蒸汽进、出口温度，℃； T w1、T w2、t w1、t w2——外壁和内壁上进、出口温度，℃。 当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为T w1＝t w1，T w2＝t w2，即为所测得的该点的壁温。 由式（1-3）可得： m w P i t t A t t C V )() (012--= ρα （1-4） 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、T w2，则可通过式（1-4）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi 。 流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得： 湍流时： 4.08.0Pr Re 023 .0i i d λ α= （1-5） 式中：αi —— 流体在直管内强制对流时的给热系数，W/ (m 2·℃)； λ—— 流体的导热系数，W/(m 2·℃)； d i —— 内管内径，m ； Re —— 流体在管内的雷诺数，无因次； Pr —— 流体的普朗特数，无因次。 上式中，定性温度均为流体的平均温度，即t f = (t 1 + t 2) / 2。 过渡流时： αi ’＝φαi （1-6）

实验三 传热系数K和给热系数α的测定

实验三 传热系数K 和给热系数α的测定 一、 实验目的 1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法； 2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法； 3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。 二、实验原理 在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。 在热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传热过程中，所涉及的热量衡算为： 1212() ()()()h h w c c w m w w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ =-=-=-= - 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T t Q A A A KA δαλα----= === 1 h h m c c K A A A A A A δαλα= ++ 在所考虑的这个传热过程忠，所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法 ：π=13-4=9 个无因次数群。 该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程 。即： 12(,)K f αα≈ 分别对α1、α2进行研究： 1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ= 无因次处理得：

对流给热系数测定实验报告

实验名称:对流给热系数测定实验 一、实验目的 1. 测定水蒸汽在圆直水平管外冷凝给热系数α0及冷流体(空气或水)在圆直水平管内的强制对流给热系数αi。 2. 观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况。 3 掌握热电阻测温方法。 4 掌握计算机自动控制调节流量的方法。 5 了解涡轮流量传感器和智能流量积算仪的工作原理和使用方法。 6 了解电动调节阀压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。 7 掌握化工原理实验软件库的使用。 二、实验装置流程示意图及实验流程简述 水蒸汽自蒸汽发生器○2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水由阀○9、阀○8排入水沟。 冷流体水或来自由变频器○12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○4或电动调节阀○5、 10进入套管换热器的内管，被加热后排入下水道或放空。涡轮流量计○13、水或空气流量调节阀○

三、简述实验操作步骤及安全注意事项 空气~水蒸汽系统 1. 开启电源。依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。 2. 启动旋涡气泵○1, 调节手动调节阀○10使风量最大。 3.排蒸汽管道的冷凝水。打开阀○9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小阀○8，注意阀○8不能开得太大，否则蒸气泄漏严重。 4. 调节蒸汽压力。打开阀○6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，蒸汽开始流入套管环隙并对内管的外表面加热，控制蒸汽压力稳定在0.02MPa, 不要超过0.05MPa，否则蒸汽不够用。 5. 分别测定不同流量下所对应的温度。当控制面板上的巡检仪显示的11个温度、压力数据及智能流量积算仪上显示的空气流量稳定后，记录下最大空气流量下的全部的温度、压力、流量数据。然后再调节阀○6，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的稳定的温度和压力数据，这样总共有3个实验点。 6. 实验结束后，关闭蒸汽阀○7和阀○6，关闭仪表电源及总电源。 水~水蒸汽系统 操作步骤、方法基本上同空气~水蒸汽体系一样，只是冷流体由空气改为冷水，实验点仍然取3个。 注意事项 1 一定要在套管换热器内管输入以一定量的水或空气，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原积存的冷凝水后，才可把蒸汽通入套管换热器中。 2 操作过程中，压力一般控制在0.05Mpa以下。 3 开始通入蒸汽时，要缓慢通入换热器中，由‘冷态’变为‘热态’不得少于20分钟。 四、实验装置的主要设备仪器一览表

实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验

实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验 一、实验目的 1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。 2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式13 Re Pr n Nu C =??。 3. 学习对流换热实验的测量方法。 二、实验原理 1对流换热的定义 对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。 2、牛顿冷却公式 根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。 即：h= )(f W t t A Q -Q A t =?? w/m 2·K （8-1） 式中： Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m 2 ; w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃； f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃； t ?— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃； 3、影响h 的因素 1）.对流的方式： 对流的方式有两种； （1）自然对流 （2）强迫对流 2）.流动的情况： 流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。

Re — 雷诺数， Re v ud = ， 雷诺数Re 的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。 上述公式中，d —外管径（m ），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。 3）.物体的物理性质： Pr — 普朗特数，Pr= α ν = cpμ/k 其中α为热扩散率, v 为运动粘度, μ为动力粘度；cp 为等压比热容；k 为热导率； 普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比 4).换面的形状和位置 5).流体集体的改变 相变换热 ：凝结与沸腾 4、对流换热方程的一般表达方式 强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 强迫对流公式为(Re,Pr)Nu f = 自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。 自然对流公式为Nu=f （Gr ，Pr ） 1）.Re=v ul = 雷诺数Re 的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。其中U 为速度特征尺度，L 为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。 2).Pr= α ν 定义：流体运动学黏性系数γ与导温系数κ比值的无量纲数 3).Nu=λ hd （努谢尔数） 4).Gr= 2 3 ν t gad ? 式中a 为流体膨胀系数，v 为流体可运动系数。 格拉晓夫数 ，自然对流浮力和粘性力之比 ，控制长度和自然对流边界层厚度之比 。 5、对流换热的机理 热边界层 热边界层的定义是：黏性流体流动在壁面附近形成的以热焓(或温度)剧变为 特征的流体薄层 热边界层内存在较大的温度梯度，主流区温度梯度为零。

实验三传热系数K和给热系数α的测定解答

实验三传热系数K和给热系数a的测定 一、实验目的 1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法； 2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法； 3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。 二、实验原理 在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。 在热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传 热过程中，所涉及的热量衡算为： Q =KA(T -t) Q = ：h A h 仃- t wi) Q = ： c A c(t w2 一t) ■'"Am (t wi 72) T - t w1 ：h A h t w1 ~ tw2 _ tw2 - t L A m : c A c T -t KA K 二 K A、A :h A h A m : c A c 在所考虑的这个传热过程忠, 所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法：n =13-4=9个无因次数群。 该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程。即: K f (：1」2) 分别对a 1 a2进行研究： >1 = f (d1, U1, :1，丄1, C p1, ■ 1) 无因次处理得:

c III 丄)> Nu 二 a 0 Re b Pr c 1) 传热系数K 的实验测定 热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式： Q - q c : ' c c pc (t 2 - t 1 ) 传热速率式： Q = KA 心 其中： (T | 九)-仃2 7) 三、实验组织方法 qc----空气流量计1个； ti 、 t2 -----冷流体进、出口温度计 2个; In T 1 “2 T 2 —ti 两式联立，得： I, q c PcCpc (t 2 - ti) K = AAt m 2) 给热系数a 的实验测定 热量 衡算式和传热速率方程式 热量衡算式: Q = q c " c C pc (t 2 _ t i ) 传热速率式: 其中: mc (t w 上 ~t 2)- (t w 下■ t i ) ln^ h t w 下 _t i 两式联立，得: q c'c C pc (t 2 -t i ) A %

化工原理实验(四)空气-蒸汽对流给热系数测定

化工原理实验（四）空气－蒸汽对流给热系 数测定 一、实验目的 1、 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。 2、 掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 3、 学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途 径。 二、基本原理 在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热 量交 换，称为间壁式换热。如图(4－1)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所组成。 达到传热稳定时，有 ()() ()()m m W M W p p t KA t t A T T A t t c m T T c m Q ?=-=-=-=-=221112222111αα （4－1） T t 图4－1间壁式传热过程示意图

式中：Q － 传热量，J / s ； m 1 － 热流体的质量流率，kg / s ； c p 1 － 热流体的比热，J / (kg ?℃)； T 1 － 热流体的进口温度，℃； T 2 － 热流体的出口温度，℃； m 2 － 冷流体的质量流率，kg / s ； c p 2 － 冷流体的比热，J / (kg ?℃)； t 1 － 冷流体的进口温度，℃； t 2 － 冷流体的出口温度，℃； α1 － 热流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m 2 ?℃)； A 1 － 热流体侧的对流传热面积，m 2； ()m W T T -－ 热流体与固体壁面的对数平均温差，℃； α2 － 冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m 2 ?℃)； A 2 － 冷流体侧的对流传热面积，m 2； ()m W t t - － 固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃； K － 以传热面积A 为基准的总给热系数，W / (m 2 ?℃)； m t ?－ 冷热流体的对数平均温差，℃； 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算， ()()() 2 211 2211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----= - （4 －2） 式中：T W 1 － 热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃； T W 2 － 热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算， ()()() 2 21 12211ln t t t t t t t t t t W W W W m W -----= - （4 －3） 式中：t W 1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃； t W 2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。

空气 水蒸气对流给热系数测定实验报告

一．实验课程名称 化工原理 二．实验项目名称 空气－蒸汽对流给热系数测定 三、实验目的和要求 1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。 2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 3、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。 四．实验内容和原理 实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算?，关联出相关系数。 实验原理：在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)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所组成。 达到传热稳定时，有 ()()()()m m W M W p p t KA t t A T T A t t c m T T c m Q ?=-=-=-=-=221112222111αα （4－1） 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算， ()()() 2 211 2211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----= - （4－2） 式中：T W 1 －热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；T W 2 －热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算，

()()() 2 21 12211ln t t t t t t t t t t W W W W m W -----= - （4－3） 式中：t W 1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；t W 2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。 热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算， ()() 1 221 1221m t T t T ln t T t T t -----= ? （4－4） 当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4－1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数， ()()M W p t t A t t c m --= 212222α （4－5） 实验中测定紫铜管的壁温t w1、t w2；冷空气或水的进出口温度t 1、t 2；实验用紫铜管的长度l 、内径d 2，l d A 22π=；和冷流体的质量流量，即可计算?2。 然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。 由式（4－1）得， ()m p t A t t c m K ?-= 1222 （4－6） 实验测定2m 、2121T T t t 、、、、并查取()212 1 t t t += 平均下冷流体对应的2p c 、换热面积

三空气-水对流给热系数测定

实验三 空气-水对流给热系数测定 一、 实验目的 1. 测定套管换热器中空气 一水系统的传热系数； 2. 测定不同的热空气流量时， Nu 与Re 之间的关系，并得到准数方程式； 二、 基本原理 1.测定传热系数K 根据传热速率方程式 Q 二竺 K=-^- 实验时，若能测定或确定 Q 、t m 和A ，则可测定K 。 (1) 传热速率 在不考虑热损失的条件下 (3) 式中：：；一空气的质量流量，kg/s , ； 为空气的容积流量，m 3/s , p 为空气的密度，kg/m 3; [:—空气的定压比热，J/(kg K); .〔二一空气的进、出口温度，C 。 (2) 传热推动力t m (4) In — 込 式中：-- [ I ，[—冷却水出口温度，c = - ?[，「一 冷却水进口温度，c (3) 传热面积 A 二 TidL 式中：L —传热管长度，m ; d —传热管内径，m 。 2.求Nu 与Re 的定量关系式 由因次分析法可知，空气在圆形直管中强制湍流时的传热膜系数符合下列准数关联式: ——=A —空气的流速,m/s, > , 厂空气的粘度,kg/(m s >; 住一管壁对空气的传热膜系数，W/(m 2 K)。 在水一空气换热系统中，若忽略管壁与污垢的热阻， 则总传热系数K 与传热膜系数 二的 关系为： 1 1 1 —m — + — K % 禺 式中：[—管壁对水的传热膜系数，W/(m 2 K) [—管 壁对空气的传热系数,W/(m 2 K) (1) (2) (5) (6) 式中：A , n —待定系数及指数； :—定性温度下空气的导热系数， W/(m -K); %

空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据答案

空气—蒸汽对流给热系数测定 一、实验目的 ⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数A、m的值。 ⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验装置 本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。 表1 实验装置结构参数

图1 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图 1— 光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵； 5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀； 12、13—蒸汽放空口； 15—放水口；14—液位计；16—加水口； 孔板流量计测量空气流量 空气压力 蒸汽压力 空气入口温度 蒸汽温度 空气出口温度

三、实验内容 1、光滑管 ①测定6～8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数α1。 ②对 α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe m 中常数A 、m 的值。 2、波纹管 ①测定6～8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数α1。 ②对 α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值。 四、实验原理 1．准数关联 影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为： Nu=CRe m Pr n Gr l （1） 式中C 、m 、n 、l 为待定参数。 参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定 范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则Gr 为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr 可视为常数。所以，准数关联式（1）可写成 Nu ＝CRe m （2） Re 4 du V d ρ ρ π μ μ == 其中： , 500.02826W/(m.K)d Nu αλλ = =℃时，空气的导热系数