实验四 总传热实验

可编辑修改精选全文完整版实验四 传热实验一 实验内容测定单壳程双管程列管式换热器的总传热系数二 实验目的1 了解影响传热系数的工程因素和强化传热操作的工程途径。

2 学会传热过程的调节方法。

三 实验基本原理工业上大量存在的传热过程（指间壁式传热过程）都是由固体内部的导热及冷热流体与固体表面间的给热组合而成。

传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。

热流密度q 是反应具体传热过程速率大小的特征量。

对q 的计算需引入壁面温度，而在实际计算时，壁温往往是未知的。

为实用方便，希望避开壁温，直接根据冷热流体的温度进行传热速率计算在间壁式换热器中，热量序贯的由热流体传给壁面左侧、再由壁面左侧传导至壁面右侧、最后由壁面右侧传给冷流体。

在定态条件下，忽略壁面内外面积的差异，则各环节的热流密度相等，即q =Q A =T−T W 1ɑh =T W −t w δɑh =t w −t 1ɑc ①由①式可以得到q =T−t1ɑh +δh +1ɑc =推动力阻力 ②由上式，串联过程的推动力和阻力具有加和性。

上式在工程上常写为Q=KA(T-t) ③式中K=11ɑh +δh +1ɑc ④式④为传热过程总热阻的倒数，称为传热系数，是换热器性能好坏的重要指标。

比较①和④两式可知，给热系数α同流体与壁面的温差相联系，而传热系数K 则同冷热体的温差相联系。

由于冷热流体的温差沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷热流体的温度呈线性关系，故将③式中（T-t ）的推动力用换热器两端温差的对数平均温差来表示，即Q=KA Δt m ⑤热量衡算方程式Q=q mc C pc (t 2-t 1)=q mh C ph (T 1-T 2) ⑥KA Δt m = q mc C pc (t 2-t 1) ⑦Δt m =(T 1−t 2)−(T 2−t 1)ln T 1−t 2T 2−t 1 ⑧ K=qmcCpc(t2−t1)A Δtm ⑨在换热器中，若热流体的流量q mh 或进口温度T 1发生变化，而要求出口温度T 2保持原来数值不变，可通过调节冷却介质流量来达到目的。

实验四：传热（空气—蒸汽）实验一、实验目的1．了解间壁式换热器的结构与操作原理；2．学习测定套管换热器总传热系数的方法；3．学习测定空气侧的对流传热系数；4．了解空气流速的变化对总传热系数的影响。

二、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：(4-1)对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故（4-2）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Re和Pr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再两边取对数，即得到直线方程：（4-3）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代入方程中，则可得到系数A，即：（4-4）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：实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。

根据定性温度（冷空气进、出口温度的算术平均值）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。

牛顿冷却定律：（4-5）式中：α—传热膜系数，[W/m2·℃]；Ｑ—传热量，［Ｗ］；Ａ—总传热面积，[m2]；△tm—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]。

传热量Q可由下式求得：（4-6）W—质量流量，[kg/h]；Cp—流体定压比热，[J/kg·℃]；t1、t2—流体进、出口温度，[℃]；ρ—定性温度下流体密度，[kg/m3]；V—流体体积流量，[m3/s]。

三、实验设备四、实验步骤1.启动风机：点击电源开关的绿色按钮，启动风机，风机为换热器的管程提供空气2.打开空气流量调节阀：启动风机后，调节进空气流量调节阀至微开，这时换热器的管程中就有空气流动了。

实验四 传热系数测定实验1．实验目的（1）观察水蒸汽在水平管外壁上的冷凝现象；（2）测定空气－水蒸汽在套管换热器中的总传热系数；（3）测定空气在圆形直管内强制对流时的传热膜系数及其与雷诺数Re 的关系。

2．基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸汽，内管管内通以空气，水蒸汽冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下热量衡算关系式（忽略热损失）：()()mW i i m i i p t t S t S K t t C V Q -=∆=-=αρ12由此可得总传热系数mi P i t S t t C V K ∆-=)(12ρ空气在管内的对流传热系数（传热膜系数） m w i P i t t S t t C V )()(12--=ρα上式中 Q ：传热速率，w ；V ：空气体积流量（以进口状态计），m 3/s ； ρ： 空气密度（以进口状态计），kg/m 3； C P ：空气平均比热，J/(kg ·℃)；K i ：以内管内表面积计的总传热系数，W/(m 2·℃)； αi ： 空气对内管内壁的对流传热系数，W/(m 2·℃)； t 1、t 2 ：空气进、出口温度，℃； S i ：内管内壁传热面积，m 2；Δt m ：水蒸气与空气间的对数平均温度差，℃；2121ln)()(t T t T t T t T t m -----=∆ T ：蒸汽温度（取进、出口温度相同），℃。

(t w －t )m ：空气与内管内壁间的对数平均温度差，℃；22112211ln )()()(t t t t t t t t t t w w w w m w -----=- t w1、t w2 ：内管内壁上进、出口温度，℃。

当内管材料导热性能很好，且管壁很薄时，可认为内管内外壁温度相同，即测得的外壁温度视为内壁温度。

流体在圆形直管内作强制湍流（流体流动的雷诺数Re ＞10000）时，对流传热系数αi与雷诺数Re 的关系可近似写成 ni A Re =α式中A 和n 为常数。

实验四 传热实验通过对以空气和水蒸气为介质的套管换热器实验研究，可以掌握传热系数K 、传热膜系数2α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；学会用最小二乘法确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。

通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施。

一． 实验内容（任选一个）1．强化传热措施的探讨。

采用计算机数据在线采集系统，测定普通套管换热器和强化套管换热器的传热系数K ；用作图法或最小二乘法关联出m A Nu Re =中常数A 、m 的值。

通过对普通套管换热器和强化套管换热器的实验结果比较，说明强化传热的原理并对强化传热的其它措施进行探讨。

2．测定不同流速下的普通套管换热器或强化套管换热器的传热膜系数2α，用作图法或最小二乘法关联出m A Nu Re =中常数A 、m 的值，并对实验结果进行比较。

二．实验原理：对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成：n m C Nu Pr Re = （1） 系数C 与指数m 和n 则需由实验加以确定。

对于气体，Pr 基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（1）可简化为：m A Nu Re = （2） 式中： λαd Nu 2= μρdu =Re 通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温（因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等），根据所测的数据，经过查物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法（最小二乘法）确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。

三．实验装置与主要技术数据（一） 实验装置1．流程实验装置的流程如图1所示。

装置的主体是两根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。

实验用的蒸汽发生器为电加热釜，加热电压可由固态调节器调节。

空气由旋涡气泵提供，使用旁路调节阀调节流量。

实验四传热实验、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) 学会给热系数测定的实验数据处理方法。

(3) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。

(4) 掌握热电阻测温的方法。

(5) 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。

图4-1间壁式传加程示意图达到传热稳定时，有Q -—爲)=卿/■沖仏一人.)-%4(丁-為)輛-场血(斥-咖式中：Q —传热量，J / s ;m —热流体的质量流率，kg / sC PI—热流体的比热，J / (kg ? C)；T i —热流体的进口温度，C；T2 —热流体的出口温度，C；m —冷流体的质量流率，kg / s (4-1 )TC p2 —冷流体的比热，J /（kg ? C ）；11 —冷流体的进口温度，C；t2 —冷流体的出口温度，C；2:-1 —热流体与固体壁面的对流传热系数，W / （mC ）; A—热流体侧的对流传热面积，m；"；| —热流体与固体壁面的对数平均温差，C；2:-2 —冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / （mC ）；A—冷流体侧的对流传热面积，m；|f\ —固体壁面与冷流体的对数平均温差，C；K —以传热面积A为基准的总给热系数，W / （m 2C）；—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（4—2）计算,—［「J（4 - 2）亠4 一5式中：T1 —热流体进口处热流体侧的壁面温度，C；TA2 —热流体出口处热流体侧的壁面温度，C。

固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算,r - ：（4 —3）In切7式中：t wi —冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，C；t W2 —冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，C。

实验四传热实验一、实验目的1.通过对空气一水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数勺的测左方法，加深对苴概念和影响因素的理解。

并应用线性回归分析方法，确左关联式严丹如中常数A、川的值。

2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气一水蒸气强化套管换热器的实验研究，测左其准数关联式NzBR 严中常数B、加的值和强化比Ni叫、了解强化传热的基本理论和基本方式。

二.实验内容与要求实验4-1实验4-2实脸内容与要求①测泄5~6个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数血。

②对勺的实验数据进行线性回归，求关联式NxAR^P"中常数A. m 的值。

①测左5~6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数％。

②对4的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe m中常数B、加的值。

③同一流量下，按实验一所得准数关联式求得Me, 计算传热强化比Nu/Nu0o三、实验原理实验4-1普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定1.对流传热系数％的测定对流传热系数勺可以根据牛顿冷却疋律，用实验来测泄。

因为所以传热管内的对流传热系数勺a热冷流体间的总传热系数K = Q /(△. xsj (W/m2• °C )(4-1)式中：勺一管内流体对流传热系数，W/(m2-°C)：©—管内传热速率，W：S L管内换热面积，n*：△g—对数平均温差，°C。

对数平均温差由下式确立:(4-2) 式中：切，G—冷流体的入口、出口温度，0心一壁而平均温度，°C;因为换热器内管为紫铜管，英导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用h来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。

管内换热面积：Sj 二码厶(4-3)式中：山一内管管内径，m；乙一传热管测量段的实际长度，m。

由热量衡算式：Q 二(4-4)其中质量流量由下式求得：叱=匕空(4-5)3600式中：冷流体在套管内的平均体积流M. m5/h：cpi—冷流体的進压比热，kJ / (kg・°C)：PL冷流体的密度，kg/m3o切和。

传热综合实验传热综合实验是化工、机械、材料等专业中的重要实验之一。

本实验旨在通过实践操作，让学生深入理解传热理论，并掌握传热实验技巧，了解传热实验设备的基本特点和使用方法。

本文将就传热综合实验进行详细介绍。

一、实验原理在传热综合实验中，通过传热器件和传热介质来掌握传热方式和表征物质的传热性能。

热源：热源是产生热量的装置，通常使用电加热方式。

传热介质：传热介质是传递热量的介质，如水、空气等。

传热器件：传热器件是介质和热源之间传热的设备，可分为对流传热、辐射传热、传导传热三种方式。

在实验中，通过热功率测量，流量测量，温度测量等操作，得出传热介质的传热性能参数，实现对传热规律的探讨和总结等目的。

二、实验设备传热综合实验设备一般包括热源、传热介质、传热器件和测量系统四部分。

1、热源：采用电阻加热，均匀升温，稳定加热；2、传热介质：水或空气，可根据不同的实验需要进行选择；3、传热器件：采用双管夹套式传热器，包括热器壳体、热器体、进出口、传热管等组成；4、测量系统：温度计、流量计、电压表等测量仪器。

三、实验过程传热综合实验主要包括三个步骤，即实验准备，实验操作，实验结果的处理及分析。

（1）检查实验仪器设备的工作状态以及正确性等，不能出现故障和问题；（2）加热热源，并控制加热电流，保持稳定，确保传热介质均匀受热；（3）调节传热介质的流量及其温度，保证传热介质的流速、温度、压力等参数符合实验要求；（4）对传热管的长度、直径、管壁材料、壁厚等进行测量和记录，为后续实验数据收集打下基础。

2、实验操作（1）调节传热介质的流量，保持稳定；（2）采集出口传热器的温度，通过计算可以推算出传热的热流，进而计算出传热系数；（3）采用热传导实验，测量传热壁板的温度分布，推算出传热系数；（4）采用加热器将热量通过辐射的方式传递到样品上，测量样品温度变化，进而计算得出热辐射传热系数。

3、实验结果的处理及分析（1）通过测量传热介质进口、出口的温度、流量、压力数据等，可得出介质的传热性能参数；四、实验注意事项（1）实验者必须具备基本的实验技能，正确操作和安装实验设备；（2）务必严格按照实验设计方案执行实验操作，掌握各种测量仪器的使用方法、精度和准确性；（3）实验过程中出现异常情况，要及时排除并进行记录，以保证实验数据的真实性；（4）实验结束后要认真整理实验设备，清洗干净所有仪器，保证设备干净整洁，方便下一次实验的开展。

实验四：传热（空气—蒸汽）实验一、实验目的1．了解间壁式换热器的结构与操作原理；2．学习测定套管换热器总传热系数的方法；3．学习测定空气侧的对流传热系数；4．了解空气流速的变化对总传热系数的影响。

二、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：(4-1)对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故（4-2）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Re和Pr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再两边取对数，即得到直线方程：（4-3）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代入方程中，则可得到系数A，即：（4-4）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：实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。

根据定性温度（冷空气进、出口温度的算术平均值）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。

牛顿冷却定律：（4-5）式中：α—传热膜系数，[W/m2·℃]；Ｑ—传热量，［Ｗ］；Ａ—总传热面积，[m2]；△tm—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]。

传热量Q可由下式求得：（4-6）W—质量流量，[kg/h]；Cp—流体定压比热，[J/kg·℃]；t1、t2—流体进、出口温度，[℃]；ρ—定性温度下流体密度，[kg/m3]；V—流体体积流量，[m3/s]。

三、实验设备四、实验步骤1.启动风机：点击电源开关的绿色按钮，启动风机，风机为换热器的管程提供空气2.打开空气流量调节阀：启动风机后，调节进空气流量调节阀至微开，这时换热器的管程中就有空气流动了。

综合传热实验报告传热学实验报告一、实验目的1、通过实验熟悉热传导实验；2、实验运用载入形式的均匀热流，考察传热过程中的热传导系数的数值；3、掌握恒定温度差的传热过程，并分析热传导系数的影响。

二、实验原理当一块物体介质之间存在温度差的时候，它们之间会发生热传递，应用热传形式的方式研究它们之间的热传导系数。

热传导的形式有很多种，但是本实验中采用的是载入形式的均匀热流。

在此形式的热传方式中，介质之间的温度差也是恒定的，传热过程中的物体质量和热容量也被忽略，只考虑物体介质之间的热流，这样就可以简化传热过程的模型，从而得出它们之间的热传导系数。

三、实验设备实验中使用的设备主要是：加热片、铜片、温度计、加热源、电阻表等。

四、实验步骤1、将加热片和铜片装入实验装置中，并将它们的温度设置为相同的温度。

2、将加热源的电流调到一个基本值，并从电阻表中测量出来的电阻值。

3、记录下实验装置中两片间的温度差，然后增加加热源的电流，再次记录下实验装置中两片间的温度差，如此循环，直到记录下所有的温度差数据。

4、根据数据计算出两片间的热传导系数，并将计算结果与理论值进行比较，分析出热传导系数的变化过程。

五、实验数据加热电流：0.1A～3A温差(℃)：0.15～3.45六、实验结果根据所得的实验数据计算，两片之间的热传导系数为：K=0.064 W/(m·K)七、实验讨论比较理论计算出来的热传导系数（K=0.066 W/(m·K)），可以看到实验得出的热传导系数与理论值有一定的差异，这可能因为实验时的不确定性所致。

八、结论根据本次实验，可以得出两片之间的热传导系数为K=0.064W/(m·K)，与理论值有一定的差异，可能是实验不确定性所致，可以通过进一步的实验，对热传导系数进行准确的测定。