对流传热膜系数α的影响因素

换热管对流换热系数
换热管对流换热系数受到多种因素的影响，包括流体性质、流体速度、管道内径、管道表
面粗糙度等。

其中，流体速度是影响对流传热系数的重要因素之一。

一般来说，流体速度
越大，对流传热系数也越大。

这是因为流体速度增大可以增加传热界面的湍动程度，促进
热量的传递。

因此，在设计换热管时，需要注意确保流体速度的合理选择，以提高对流传
热系数。

此外，管道内径和管道表面粗糙度也会对对流传热系数产生影响。

一般来说，管道内径越大，管道表面粗糙度越小，对流传热系数也会越大。

这是因为管道内径越大，表面积也就
越大，热量传递的面积也相应增大，从而提高了对流传热系数。

而管道表面粗糙度小的话，可以减少热传导阻力，使热量更容易传递。

因此，在设计换热管时，需要注意选择合适的
管道尺寸和表面处理方式，以提高对流传热系数。

除了以上因素外，换热管对流换热系数还受到流体性质的影响。

流体性质包括流体的密度、比热容、导热系数等。

不同的流体性质会对传热过程产生不同的影响，从而影响对流传热
系数的大小。

因此，在设计换热管时，需要根据具体的传热要求选择合适的流体，以提高
对流传热系数。

总的来说，换热管对流换热系数是一个综合影响因素较多的参数。

在设计换热管时，需要
综合考虑各种因素，以达到最佳的传热效果。

通过优化换热管的设计，可以提高传热效率，减少能耗，为工程实践提供更好的技术支持。

希望通过不断的研究和实践，能够进一步提
高换热管对流换热系数的性能，为工程实践提供更好的技术支持。

化工原理-传热膜系数测定实验报告
实验名称：传热膜系数测定实验
实验目的：通过实验测量不同流速下铜管内传热膜系数，掌握传热膜系数实验测量方法，并熟悉其影响因素。

实验原理：传热膜系数是表征流体间传热的一项重要指标。

通过传热膜系数来描述传
热强度与传热面的关系。

传热膜系数的计算公式为：
α=q/(S·ΔT) (1)
其中，q为传热量，S为传热面积，ΔT为传热温差。

传热膜系数α与流速、流体性质、传热管材料、管径等因素有关。

实验器材：传热器、温度计、流量计、水泵、水池、电源、压力表等。

实验步骤：
1、打开电源，调节水泵和流量计，控制水流量，调节出口温度在稳定范围内。

2、预热传热器，调整流量计使水流量稳定。

3、调节传热器进水温度和出水温度，稳定后记下温度。

4、根据公式(1)求出传热膜系数α。

5、改变流速，重复以上步骤，记录数据。

实验结果与分析：
|流速(m/s) | 温差(℃) | 传热膜系数 |
|--------|------------|------------|
| 0.4 | 20.4 | 346.21 |
| 0.6 | 19.7 | 420.31 |
| 0.8 | 20.2 | 524.28 |
| 1.0 | 21.1 | 602.60 |
根据实验结果可以看出，传热膜系数α随着流速的增加而增加。

这是由于流速越快，对流传热强度越大，传热膜系数也就越大。

同时，由于传热膜系数与温差成正比，所以温
差越大，传热膜系数也越大。

因此，我们可以通过控制流速和温差来实现对传热膜系数的控制。

1L: 1、结构；2、介质；3、运行参数2L: 传热系数的大小与冷热流体的性质、换热的操作条件（如流速、温度等）、传热面的结垢状况以及换热器的结构和尺寸等许多因素有关。

对流传热十分复杂，垢层热阻又难以确定，因此传热系数的计算值与实际值往往相差较大。

在设计换热器时，最好有实测值或生产中积累的经验数据作为参考。

3L: 换热器的总传热系数主要与换热管两侧的膜传热系数和换热管的热阻有关，因而换热器的总传热系数与下列参数有关：1.换热管、壳程流体的物性数据（粘度、表面张力、密度等）；2.换热管、壳程流体的流速有关；3.换热管的热阻有关。

4L: 在传热基本方程式Q=KAΔtm中，传热量Q是生产任务所规定的，温度差Δtm之值由冷、热流体进、出换热器的始、终温度决定，也是由工艺要求给出的条件，则传热面积A之值与总传热系数K值密切相关，因此，如何合理地确定K值，是设计换热器中的一个重要问题。

目前，总传热系数K值有三个来源：一是选取经验值，即目前生产设备中所用的经过实践证实并总结出来的生产实践数据；二是实验测定K值；三是计算。

在传热计算中，如何合理地确定K值，是设计换热器中的一个重要问题。

而在设计中往往参照在工艺条件相仿、类似设备上所得较为成熟的生产数据作为设计依据。

工业生产用列管式换热器中总传热系数值的大致范围见表4-10列管式换热器中K值大致范围热流体冷流体总传热系数，KW/m2·K水水850～1700轻油水340～910重油水60～280气体水17～280水蒸汽冷凝水1420～4250水蒸汽冷凝气体30～300低沸点烃类蒸汽冷凝(常压)水455～1140高沸点烃类蒸汽冷凝(减压)水60～170水蒸汽冷凝水沸腾2000～4250水蒸汽冷凝轻油沸腾455～1020水蒸汽冷凝重油沸腾140～425总传热系数的计算前述确定K值的方法虽然简单，但往往会因具体条件不完全符合所设计的情况，而影响到设计的可靠性。

所以，还必须对传热过程进行理论上的分析，以了解各种因素对传热过程的影响，从而建立起计算总传热系数K的定量式。

传热学实验三-对流传热实验2实验三对流传热实验一、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=ARemPr0.4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=BRem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di（mm）16.00实验内管外径do（mm）17.92实验外管内径Di（mm）50实验外管外径Do（mm）52.5总管长（紫铜内管）L（m）1.30测量段长度l（m）1.10蒸汽温度空气出口温度空气入口温度蒸汽压力空气压力孔板流量计测量空气流量图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；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=ARem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。

实验五传热综合实验一、实验目的1、通过实验掌握传热膜系数α的测定方法，并分析影响α的因素；2、掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数C和指数m、n的方法；3、通过实验提高对α关联式的理解，了解工程上强化传热的措施；二、基本原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变化时对流传热准数关联式一般形式为：Nu = C Rem Prn Grp对强制湍流，Gr准数可以忽略。

Nu = C Rem Prn本实验中，可用图解法和最小二乘法两种方法计算准数关联式中的指数m、n 和系数C。

用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。

为了便于掌握这类方程的关联方法，可取n = 0.4（实验中流体被加热）。

这样就简化成单变量方程。

两边取对数，得到直线方程：在双对数坐标系中作图，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代入方程中得到系数C，即用图解法，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，可以得到最佳关联结果。

应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到C、m、n。

可以看出对方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。

雷诺准数努塞尔特准数普兰特准数d —换热器内管内径（m）α1—空气传热膜系数（W/m2·℃）ρ—空气密度（kg/m3）λ—空气的导热系数（W/m·℃）p—空气定压比热（J/kg·℃）实验中改变空气的流量以改变准数Re之值。

根据定性温度计算对应的Pr准数值。

同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值。

进而算得Nu准数值。

因为空气传热膜系数α1远大于蒸汽传热膜系数α2，所以传热管内的对流传热系数α1约等于冷热流体间的总传热系数K 。

则有牛顿冷却定律：Q =α1AΔtmA—传热面积（m2）（内管内表面积）Δtm—管内外流体的平均温差（℃）其中：Δt1= T-t1 , Δt2= T-t2T—蒸汽侧的温度，可近似用传热管的外壁面平均温度Tw（℃）表示Tw= 8.5+21.26×EE—热电偶测得的热电势（mv）传热量Q可由下式求得： Q= wp（t2-t1）/3600 =Vρp（t2-t1）/3600w —空气质量流量（kg/h）V—空气体积流量（m3/h）t1,t2—空气进出口温度（℃）实验条件下的空气流量V（m3/h）需按下式计算：—空气入口温度下的体积流量（m3/h）—空气进出口平均温度（℃）其中可按下式计算ΔP—孔板两端压差（KPa）—进口温度下的空气密度（kg/m3）强化传热被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效的利用能源和资金。

·传热膜系数测定实验报告摘要：本实验使用超温安全控制系统通过蒸汽发生器、套管式换热器来测定传热膜系数α。

实验测得在非强化传热条件下传热膜系数α为40—130W/m 2K ，特征关系式中的系数A 为0.0201，指数m 为0.7885；在强化传热条件下，传热膜系数α为60—150W/m 2K ，特征关系式的系数A 为0.038，指数m 为0.07778。

本实验发现传热关联式中系数A 与公认值相差较大，对此进行误差分析。

关键词：传热膜系数 强化一、 实验目的及任务① 掌握传热膜系数α的测定方法。

② 通过实验掌握用图解法和最小二乘回归法确定传热膜系数特征数关系式中系数A 和指数m 、n 。

③ 通过实验提高对特征数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

二、 实验原理当液体被加热时，对流传热特征关系式一般形式：Nu =ARe m Pr 0.4①上式两边取对数得Re lg lg Prlg4.0m A Nu+=②利用图解法是将②式在双对数坐标系下作图，找出直线斜率就是m ，所得曲线代入一点即可得系数A 。

利用最小二乘回归是指在算出Nu 、Re 、Pr 条件下用计算机进行回归拟合。

Re =d ρu μPr =Cp μλNu =αdλ传热系数α可由牛顿冷却定律求得Q =αS Δtm 传热量Q 的计算： Q =ρVsCp （t2−t1）/3600其中 Vs =26.2Δp 0.4以上各式中 α—传热膜系数，W/(m 2/℃) ；Q —传热量，W ；S —总传热面积，m 2； △tm —管壁和管内流体平均温差；ρ—流体密度，Kg/m 3；Vs —流体体积流量,m 3； △P —孔板压差计压降,KPa 。

t1，t2—空气进出口温度，℃。

三、实验设备说明本实验采用套管式换热装置。

内管为黄铜管，其内径为0.02mm ，有效长度为1.20m 。

空气进出口温度和管壁温度分别由铂电阻（Pt100）和热电偶测得。

1-2-4 对流传热系数关联式一、对流传热系数的影响因素实验表明，影响对流传热系数的因素主要有：1、流体的种类和相变化的情况2、流体的特性：1）流体的导热系数λ；2）粘度μ3）比热容ρc p 、密度ρ：ρc p 代表单位体积流体所具有的热容量。

4）体积膨胀系数β：t V V V ∆-=112β3、流体的流动状态层流和湍流的传热机理有本质区别：层流时，传热只是依靠分子扩散作用的热传导，故h 就较湍流时为小；湍流时，湍流主体的传热为涡流作用的热对流，但壁面附近层流内层中为热传导，涡流使得层流内层的厚度减薄，温度梯度增大，故h就增大。

湍流时的对流系数较大。

4、流体流动的原因自然对流和强制对流的流动原因不同。

强制对流：设ρ1和ρ2分别代表温度为t1和t2两点的密度，则流体因密度差而产生的升力为(ρ1-ρ2)g。

若流体的体积膨胀系数为β，单位为1/℃，并以Δt代表温度差(t2-t1)，则可得ρ1=ρ2(１＋βΔt）于是每单位体积的流体所产生的升力为：（ρ1-ρ2）g=[ρ2（１＋βΔt）－ρ2]g= ρ2gβΔt 强制对流是由于外力的作用，如泵、搅拌器等迫使流体的流动。

强制对流的对流系数大得多。

5、传热面的形状、位置和大小传热管、板、管束等不同的传热面的形状;管子的排列方式，水平或垂直放置；管径、管长或板的高度等，都影响h值。

表示传热面的形状、位置和大小的尺寸称为特征尺寸，用l表示所以，h可以用下式表示:h=f（μ，λ，c p，ρ，u，ρgβΔt，l）（1）二、因次分析对流体无相变化的对流传热进行因次分析，得到的准数关系式为:（2）式（2）中各准数名称、符号和意义列于下表中。

ba Grc（3）ReNu PrK各准数中物理量的意义为:l----传热面的特征尺寸，可以是管内径或外径，或平板高度等, m；Δt----流体与壁面间的温度差, ℃；β----流体的体积膨胀系数, 1／℃；在某些情况下，式（3）可简化如下:自然对流：Nu=f（Pr，Gr）（4）强制对流：Nu=f（Re，Pr）（5）对于各种不同情况下的对流传热的具体函数关系由实验决定。