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空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告本实验使用臭氧编码器，通过悬浮思路分析，利用不同的匀速度下不同的温度差分析空气-水蒸气的对流换热系数，帮助我们理解空气-水蒸汽对流的过程。
本文将对实验的设备、方法、结果及分析进行详细介绍。
一、实验设备1. 实验室气体混合系统2. 实验室压力传感器4. 实验室水蒸气浸润计6. 实验室数据采集器二、实验方法1. 设计实验2. 实验片段将实验室气体混合系统、压力传感器、温度传感器、水蒸气浸润计和湿度传感器等设备设置在实验室中，同时使用数据采集器对数据进行实时记录。
在实验中，我们首先设置了一个不同的温度差，然后观察它们在不同的匀速度下的换热系数。
通过计算，我们可以得到不同匀速下不同温度差的换热系数。
三、实验结果及分析通过实验结果和数据分析，我们得到不同温度差和匀速度下的换热系数。
1. 换热系数随着温度差的增加而增加我们可以看到，在温度差越大的情况下，热传导的能力也越强。
颗粒与颗粒之间的间距越小，热量间的转移就越快，因此换热系数也越高。
当温度差在一定的范围内，换热系数与温度差的平方成正比。
我们还可以看到，在匀速越大的情况下，换热系数也会越大。
当匀速越大时，颗粒间的热传导也会越快，从而使换热系数更大。
综合以上分析，我们可以得到空气-水蒸汽的对流换热系数与温度差和匀速度密切相关。
当温度差和匀速度越大时，换热系数也会越大。
同时，通过这些实验结果，我们可以更好地理解空气-水蒸汽对流的过程。
四、实验结论通过本次实验，我们可以得出以下结论：1. 空气-水蒸汽的对流换热系数与温度差成正比，当温度差越大时，换热系数也会越大。
因此，我们可以通过控制空气-水蒸汽的温度差和匀速度来控制其换热系数，从而更好地理解热传导过程。
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，℃； 22112211ln )()()(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，℃；22112211ln )()()(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 。
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()()()()mm 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）Tt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，()()()22112211ln 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，℃。
空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告
实验目的：测定空气-水蒸气对流给热系数。
实验原理：空气-水蒸气对流给热系数是指在给定条件下，单位时间内单位面积的对流热流量。
在实际应用中，了解对流给热系数的大小对于设计和优化热传递设备非常重要。
实验装置：实验装置包括一个加热管、一个水槽以及一个温度计。
通过控制加热管的电压和水槽的温度，可以得到不同的条件下空气-水蒸气对流的热传递情况。
实验步骤：
1. 将实验装置准备好，确保加热管和温度计的位置正确。
2. 首先将加热管的电压调整到一个固定值，记录加热管上的电压和电流。
3. 启动水槽并将水温调整到一个适当的温度。
4. 将温度计放置在实验装置中，记录下来水的初始温度。
5. 开始记录时间和温度，每隔一段时间记录一次温度值。
6. 进行多组实验，每组实验可以改变加热管的电压或者水槽的温度，以得到不同的实验数据。
实验数据处理：
1. 将实验数据整理成表格。
2. 根据实验数据绘制温度-时间曲线。
3. 计算出空气-水蒸气对流的热传递系数。
4. 对不同实验条件下得到的热传递系数进行比较和分析。
实验结果：
根据实验数据计算得出的空气-水蒸气对流给热系数为X（单位）。
实验讨论：
根据实验结果可以得出结论：在给定的实验条件下，空气-水
蒸气对流给热系数为X，说明X。
实验结论：
通过本实验测定得到空气-水蒸气对流给热系数为X（单位），实验结果具有一定的参考价值，并为相关热传递设备的设计和优化提供了理论依据。
一、实验目的1. 了解对流传热的基本原理，掌握对流传热系数的测定方法。
2. 掌握牛顿冷却定律的应用，通过实验验证其对流传热系数的计算公式。
3. 分析影响对流传热系数的因素，如流体速度、温度差、流体性质等。
二、实验原理对流传热系数是指单位时间内，单位面积上流体温度差为1℃时，单位面积上传递的热量。
牛顿冷却定律描述了对流传热过程，即：Q = h A (T1 - T2)式中：Q ——传热量（W）h ——对流传热系数（W/(m²·K)）A ——传热面积（m²）T1 ——高温流体温度（℃）T2 ——低温流体温度（℃）根据牛顿冷却定律，可以通过实验测量传热量、传热面积、流体温度差，从而计算出对流传热系数。
三、实验仪器与材料1. 套管换热器2. 温度计3. 流量计4. 计时器5. 计算器6. 水和空气四、实验步骤1. 准备实验仪器，连接套管换热器、温度计、流量计等。
2. 在套管换热器内注入水，打开冷却水阀门，调节流量至预定值。
3. 在套管换热器外通入空气，调节风速至预定值。
4. 同时打开加热器和冷却水阀门，使水加热至预定温度，空气冷却至预定温度。
5. 记录开始加热和冷却的时间，观察温度变化。
6. 当温度变化稳定后，记录温度计的读数，计算温度差。
7. 关闭加热器和冷却水阀门，停止实验。
五、实验数据与处理1. 记录实验数据，包括水温度、空气温度、流量、时间等。
2. 根据牛顿冷却定律计算传热量Q：Q = m c ΔT其中，m为水的质量流量（kg/s），c为水的比热容（J/(kg·K)），ΔT为温度差（K）。
3. 计算对流传热系数h：h = Q / (A ΔT)六、实验结果与分析1. 根据实验数据，计算对流传热系数h，并与理论值进行比较。
2. 分析实验结果，探讨影响对流传热系数的因素。
3. 分析实验误差，总结实验经验。
七、结论通过对对流传热系数的测定实验，掌握了对流传热的基本原理和牛顿冷却定律的应用。
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—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（1）（2）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：—空气的质量流量，kg/s，，为空气的容积流量，m3/s，ρ为空气的密度，kg/m3；—空气的定压比热，J/(kg·K)；—空气的进、出口温度，℃。
（2）传热推动力t m（4）式中：，—冷却水出口温度，℃，—冷却水进口温度，℃（3）传热面积（5）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：或（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);—空气的流速,m/s, ;μ—空气的粘度,kg/(m·s);—管壁对空气的传热膜系数,W/(m2·K)。
在水—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与传热膜系数的关系为:式中：—管壁对水的传热膜系数,W/(m2·K)—管壁对空气的传热系数,W/(m2·K)本实验中保持水在套管环隙间的高速流动，且由于水的比热较大，因此水的进、出口温度变化很小，管壁对水的传热系数较管壁对空气的传热系数大得多，即，这样总传热系数近似等于管壁对空气的传热系数：实验中通过调节空气的流量，测得对应的传热系数，然后将实验数据整理为Re及Nu，再将所得的一系列Nu-Re数据，通过用双对数坐标纸作图或回归分析法求得待定系数A和指数n，进而得到准数方程式。
三、实验装置如图1所示，实验装置由加热器1、夹套换热器14、15、风机7和流量计2、10等组成。
换热器的内管14为φ30×2mm的铜管,有效长度为2000mm。
实验7. 空气－蒸汽对流给热系数的测定一、实验目的1.熟悉传热过程及间壁式换热器的结构，掌握热电阻的测温方法；2.观察蒸汽在水平冷凝管外壁上的冷凝现象，测定对流给热系数h ；3.测定努塞尔数Nu 与雷诺数e R 之间的关系，并确定它们的关联式；4.了解强化传热的途径，分析热交换过程的影响因素。
二、基本原理工业生产中冷流体和热流体常通过固体壁面进行热量交换，此种换热方式称为间壁式传热。
间壁式传热过程是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过程组成，间壁式传热过程如图2—10所示。
当传热过程达到稳定时，它们有如下关系： 图2—10 间壁式传热过程示意图()()()()112122121122m p m p W W m M mq c t t q c T T h A t t h A T T KA t Φ=-=-=-=-=∆ （2—45） 式中：Φ—传热速率，W ；q m1、q m2 —冷、热流体的质量流量，1kg s -⋅； c p1、c p2 —冷、热流体的比热容，11kJ kg K --⋅⋅；T 1 、T 2—热流体的进出口温度，K ； t 1、t 2 —冷流体的进出口的度，K ；A 1、A 2—冷、热流体侧的对流传热面积，m 2；12,h h —冷、热流体与固体壁面的对流给热系数，21W m K --⋅⋅； ()W m t t -、()W m T T -—冷、热流体与固体壁面的对数平均温度差，K ；K —总传热系数，21W m K --⋅⋅； A —传热面积，m 2；m t ∆—对数平均温度差，K ；热流体与固体壁面的对数平均温差可由下式计算()()()22112211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----=- （2－46）式中：12,W W T T —热流体进出口处热流体侧壁面的温度，K 。
固体壁面与冷流体的对数平均温差可由下式求得()()()22112211ln t t t t t t t t t t W W W W m W -----=- （2－47）式中：12,W W t t —冷流体进出口处冷流体侧壁面的温度，K ； 冷热流体间的对数平均温度差可由下式计算()()12211221ln m T t T t t T t T t ---∆=-- （2—48）在套管式换热器中，由于水蒸气通过套管的环隙，冷空气或水通过内管间，测定对流给热系数时，由式（2—45）可得内管内壁面与冷空气或水的对流给热系数()()112111p W mm c t t h A t t -=- （2—49）实验中，要测定内管的壁温t w1和t w2，冷空气或水的进出口温度t 1和t 2；实验用套管的长度l ，内径d 1，换热面积11A d l π=，冷流体的质量流量及比热容，即可求得对流给热系数h 1。
对流传热系数测定实验.doc实验目的：1.测定水在圆管内的对流传热系数。
2.熟悉实验过程和方法，掌握实验技能。
实验原理：对流传热是指在流体内部，由于温度差而发生的热量传递过程。
负责传热的机构是流体内的对流，它能有效地加快热量的传递。
圆管内加热相当于给液体部分加热，液体受热变得稀薄，流动影响整个管道，使得流体相对速度增加，对流热传导增强，同时散热增大。
对流传热系数，以水作为样品，可得公式如下：V=λ(ρ 2-ρ1)gL^3/μQ其中：V 水流速λ 对流传热系数ρ1 密度ρ2 受热稀薄液体的密度g 重力加速度L 热交换区段的长度μ 动力粘度系数Q 加热量测量方法：以恒流供热方式加热，用热电偶及温度计测量流体进入和流出处的温度，并通过流量表测量流体流量。
最后，利用以上数据及传热计算公式计算对流传热系数。
实验过程：1.组装好实验装置。
2.调节水流量，打开恒温水浴，调节温度至稳定后，进一步调节流量，直到流量稳定。
3.测量流体进入和流出处的温度，测量流体流量，并记录数据。
实验记录：表一流体进出口温度及温度差（数据保留两位小数）进口温度45.20°C 流量计温度差 6.95°C表二流量及所用时间流量（L/min）时间（s）0.50 55.110.60 48.781.10 23.61采用已有数据计算出对流传热系数的值如下：ρ1 998kg/m³μ 1.004×10^{-3}N/s·m²Q 0.293WL 0.15mλ 195.44W/(m²·K)实验结果：本次实验得到了水在圆管内的对流传热系数λ=195.44W/(m²·K)。
物理化学实验报告
实验名称：对流给热系数测定实验学院：化学工程学院
专业：化学工程与工艺
班级：
姓名：学号
指导教师：
日期：
一、实验目的
1、掌握传热膜系数的测定方法；
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的方法；
3、通过实验提高对传热膜系数准数关联式的理解，并分析影响传热膜系数的因素，了解工程上强化传热的措施。
二、实验原理
对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：
Nu=A×Re m×Pr n×Gr p (4-1)
对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故
Nu=A×Re m×Pr n(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，在两边取对数，即得到直线方程：
lg(Nu/Pr0.4)=lgA + mlgRe (4-3)
在双对数坐标纸上作图，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：
A=Nu/(Pr0.4×Re m) (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：
Nu=αd/λ，Re=duρ/μ，Pr=Cpμ/λ
实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。
根据定性温度(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：
Q=α×A×△t m (4-5)
(tw-t1)-(tw-t2)
△t m =
ln(tw-t1)/(tw-t2)
式中：α—传热膜系数，[W/(m2×℃)]；
Q—传热量，[W]；
A—总传热面积，[m2]；
△t m—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]；
tw—蒸汽平均温差，[℃]。
传热量可由下式求得：
Q=W×Cp(t2-t1)=ρ×V×Cp(t2-t1) (4-6) 式中：W—质量流量，[kg/s]；
Cp—流体定压比热，[J/(k g×℃)]；
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、实验装置说明与操作
1、装置说明
该装置为套管换热器（见图1），空气走管内，蒸汽走环隙，外管11/2玻璃管，内管为φ25×2mm紫铜管，有效长度为1.2m。
空气进出口温度和壁温分别由铂电阻测量，测壁温的两支铂电阻用导热绝缘胶固定在管外壁，孔板流量计的压差通过压力传感器转换为电信号由表头显示，其单位为kPa。
孔板流量计的孔板d0=20mm。
蒸汽发生器的加热功率为1500W （额定电压220V）。
图1、实验装置图
2、操作要点
①实验开始前，先熟悉配电箱各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮；
②检查蒸汽发生器中水位，使液位保持在2/3左右；
③打开总电源开关及仪表开关；
④实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，接通蒸汽发生器的加热电源，打开排放不凝气阀门（有一点微小开度即可）；
⑤待蒸汽压力正常后，开启风机（风机阀门不要长时间关闭），将空气流量控制在某一定值。
待进出口温度、壁温稳定后，记录进出口温度、壁温和压差读数。
改变空气流量（8—10次），重复实验，记录数据；
⑥强化传热，在上述实验完成后，将强化元件插入铜管中，再改变空气流量（4—5次）并记录数据；
⑦实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。
四、注意事项
1、蒸汽发生器液位一定不要太低，以免烧损加热器；
2、风机不要在出口阀关闭下长时间运行；
3、不凝气排放阀在实验过程中应始终微开；
4、调节空气流量时，要做到心中有数，为保证湍流状态，孔板流量计压差可在30—300mmH2O 之间调节；
5、切记：每改变一个流量后，必须等到数据稳定后才能测取数据。
五、实验数据的记录与处理
①实验数据的记录：
注：S=πdL=3.14×20×10-3×1000×10-3=0.0628m2
②实验数据的处理：
⑴实验数据计算举例：
以第三组数据为例：
定性温度t=(25.8+67.4)/2=46.6℃
查化工原理得Ⅰ得：40℃空气密度ρ=1.128Kg/ m3、比热容Cp=1.005 KJ/(Kg·C)、导热系数λ=2.756×10-2 W/(m·℃)、黏度μ=1.91×10-5 Pa·s；50℃空气密度ρ=1.093Kg/ m3、比热容Cp=1.005 KJ/(Kg·C)、导热系数λ=2.826×10-2 W/(m·℃)、黏度μ=1.96×10-5 Pa·s。
由内插法得：46.6℃的空气密度ρ=1.105Kg/ m3、比热容Cp=1.005 KJ/(Kg·C)、导热系数λ=2.802×10-2 W/(m·℃)、黏度μ=1.94×10-5 Pa·s。
t w=101.1+92.7=97.6℃
V=15 m3/h=15/3600 m3/s=4.17×10-3 m3/s
Q=ρ×V×Cp(t2-t1)=1.105×4.17×10-3×1.005×1000×(67.4-25.8)=192.64w
A=S=0.0628m2
(t w-t1)- (tw-t2)
△t m = =(71.8-30.2)/ln(71.8/30.2)=48.03
ln(t w-t1)/(tw-t2)
α=Q/(A·△t m)= 192.64/0.0628/48.03 = 63.87w/(m2·℃)
u=V/S=4.17×10-3/(1/4×3.14×0.022) =13.28m/s
Nu=αd/λ=63.87×20×10-3/2.802×102 =45.59
Re=duρ/μ=20×10-3×13.28×1.105/1.94×105 = 1.51×104
Pr=0.698
⑵计算所得数据的记录表：
表5、α计算的数据表
表6、准数及相关数据
图2、lg(Nu/Pr0.4)~lgRe关系图由图2可得：m=0.97
lgA=-2.34
∴A=4.57×10-3
六、实验结果
由实验和处理数据得：m=0.97、A=4.57×10-3
七、实验分析
这次实验在操作上还是蛮简单的。
在实验中只需要调节一个阀门和记录电脑上显示的数据，通过本次实验成功的得到一组数据。
从实验结果上来看，lg(Nu/Pr0.4)~lgRe图基本呈一条直线，但是第一、第二点偏离直线较远，造成误差的原因主要有以下几点：1、刚开始没等阀门上显示的压强稳定就开始设定流量、读数。
2、每次当空气流量达到设定值时，没等五分钟，即系统稳定后再读数。
3、水蒸气的热量除了给空气传热外，由于与外界不可能完全绝缘，所以一部分的热量损失了。
4、管道不可能完全不漏气5、仪器本身就有一定的测量误差。
6、计算者对数据进行处理的时候产生的误差。
八、思考题
1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？
答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。
2、蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响，应采取什么措施？
答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。
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。
而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。
应把握好空气的进入，和空气的质量。
3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响，如何及时排走冷凝水？
答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。
在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。
4、实验中，所测得的壁温是靠近蒸气侧还是冷流体侧温度？为什么？
答：靠近蒸气温度；因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。
