传热系数K和给热系数α的测定资料重点

化工原理传热膜系数测定实验报告SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#北京化工大学化工原理实验报告实验名称：传热膜系数测定实验班级：化工1305班姓名：张玮航学号： 32 序号： 11同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏设备型号：XGB型旋涡气泵及ASCOM5320型压力传感器第4套实验日期： 2015-12-17一、实验摘要首先，本实验让空气走内管，蒸汽走环隙，采用由XGB 型漩涡气泵风机、ASCOM5320型压力传感器、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，由人工智能仪来读取所有温度和压差等参数，用计算机软件实现数据的在线采集与控制。

其次，由所得数据分别求得了正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α，再通过作图，使用图解法确定了传热膜系数准数关系式Re Pr m n Nu A =（n=）中的系数A 和指数m 后，在双对数坐标纸中作出了0.4/Pr Re Nu 的关系曲线。

最后，整理出了流体在圆管内做强制湍流流动的传热膜系数准数半经验关联式，并与公认的关联式进行了比较。

关键词：传热膜系数K 、雷诺数Re 、努赛尔准数Nu 、普朗特数Pr 、图解法二、实验目的1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法： （1）测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 （2）测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 、n 的方法；3、通过实验提高对准数关系式的理解，将实验所得结果与公认的关联式进行比较，分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

三、实验原理间壁式传热过程可分为三个过程：第一、由热流体对固体壁面的对流传热，第二、固体壁面的热传导，第三、固体壁面对冷流体的对流传热。

当流体无相变时的对流传热准数关系式可由量纲分析法写为：Re Pr m n p Nu A Gr =对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，进行简化后：Re Pr m n Nu A =在本文中，采用Excel 软件对上述准数关系式中的指数m 、n 和系数A 进行计算机求解。

传热实验实验报告一、实验目的1、研究传热试验设备上三种管的传热系数K。

2、研究设备的结构特点以及实验数据，定量描述保温管、裸管、汽水套管的传热特性。

3、研究流量改变对总传热系数的影响，并分析哪一侧流体流量是控制性热阻，如何强化传热过程。

二、实验原理根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q，以及各有关的温度，即可算出K，α 和λ。

（1）测定汽-水套管的传热系数K（W /(m2·℃)）：Q=KAΔt m式中：A——传热面积，m2；Δt m——冷、热流体的平均温度，℃；Q——传热速率，W 。

Q =W汽r式中：W汽——冷凝液流量，kg/s ；r——冷凝液汽化潜热，J / kg 。

（2）测定裸管的自然对流给热系数α（W /(m2·℃)）：Q=α A（t w - t f）式中：t w，t f——壁温和空气温度，℃。

（3）测定保温材料的导热系数λ（W /(m·℃)）：Q=λA m（T w - t w）/ b式中：Tw，tw ——保温层两侧的温度，℃；b——保温层的厚度，m；Am ——保温层内外壁的平均面积，m2。

三、实验装置与流程（1）实验装置：该装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。

这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。

本实验采用水蒸汽冷凝的方法，将水蒸气分别通过保温管、裸管和套管换热器中冷凝传热，通过测量蒸汽冷凝量、壁温、水温及空气的温度等参数，推算出保温管的导热系数、裸管和套管的对流传热系数。

（2）实验流程：锅炉内加热产生的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液有计量管或量筒收集，以测冷凝液速率。

三根紫铜管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管；还有一根为一套管式换热器，管外是来自高位槽的冷却水。

可定性观察到三个设备冷凝速率的差异，并测定K、α 和λ。

传热综合实验一、实验目的：1、 掌握传热系数K 、传热膜系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；2、 掌握用最小二乘法确定关联式me AR Nu =中常熟A 、指数m 的值；3、 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；4、 掌握孔板流量计的原理；5、 掌握测温热电偶的使用方法。

二、实验原理（一）无量纲准则数对流传热准数关联式是无量纲准则数之间的方程，主要是有关Nu 、Re 、Pr 等数据组的关系。

雷诺准数μρdu =Re努赛尔特准数λαdNu =普兰特准数λμP C =Pr式中：d ——换热器内管内劲，m ；α——空气传热膜系数，W ·m -2·℃； ρ——空气密度,kg ·m -3；λ——空气的传热系数,W ·m -1·℃；p C ——空气定压比热，J ·kg -1·℃；μ——空气的动力粘度，Pa ·S 。

实验中用改变空气的流量来改变准数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。

（二）对流传热准数关联式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：nm C Nu Pr Re =系数C 、指数m 和n 则需由实验加以确定。

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，根据所测的数据，经过差物性数据和计算，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me AR Nu =中常数A 、m 的值。

（三）线性回归用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和vPr 分别回归。

为了便于掌握这类方程的关联方法，可去n=0.4。

这样就简化成单变量方程。

两边取对数，得到直线方程Re lg lg Prlg4.0m C Nu+= 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。

实验六 恒压过滤常数测定实验一. 实验目的1. 了解恒压过滤装置及其操作。

2．掌握过滤操作的原理。

3. 掌握过滤常数K ，q e ，θe 的测定方法。

二.实验原理 1. 过滤常数的求取已知恒压过滤方程为2()()e e q q K θθ+=+ (6-1)式中：q -单位过滤面积获得的滤液体积，m 3/m 2；q e -单位过滤面积的虚拟滤液体积，m 3/m 2； θ-实际过滤时间，S ； θe -虚拟过滤时间，S ； K -过滤常数，m 2/S 。

将(6-1)式微分，得22e d q q dq K Kθ=+ (6-2) 式(6-2)为直线方程，于普通坐标系上标绘dqd θ对q 的关系，所得直线斜率为2K ，截距为2e q K，从而求出K 、q e 。

θe 可由下式求得：2e e q K θ= (6-3)当各数据点的时间间隔不大时，/d dq θ可以用增量之比/q θ∆∆来代替，通过/q θ∆∆与q 作图即可求得K 。

在实验中，当计量瓶中的滤液达到100 ml 刻度时开始按表计时，作为恒压过滤时间的零点。

但是，在此之前过滤早以开始，即计时之前系统内已有滤液存在，这部分滤液量可视为常量以q '表示，•这些滤液对应的滤饼视为过滤介质以外的另一层过滤介质，在整理数据时应考虑进去，则方程应改写为()q q kq k q e '++=∆∆22θ (6-4) 其中 AV q '='(6-5)式中A —滤布面积m 22. 滤饼压缩性指数s 与物料过滤特征常数k滤饼压缩性指数s 是反映滤饼的压缩性，一般s =0~1；滤饼不可压缩时，则s =0。

与压差有如下关系：'()s r r P =∆(6-6)式中r '为单位压强差下滤饼的比阻，1/m 2；物料的物料过滤特征常数k 定义如下：1'k r uμ=(6-7)式中为滤液的粘度，Pa ∙s ；u 为滤液的流速，m/s ；研究表明，过滤常数K 与过滤压强差∆P 、滤饼压缩性指数s 与物料过滤特征常数k 之间存在如下关系：12()s K k P -=∆（6-8）对上式两边取对数，可得ln (1)ln()ln(2)K s P k =-∆+ （6-9）这样通过在若干不同的压强差下对指定物料进行试验，求得若干过滤压强差∆P 下的过滤常数K 值，以ln(∆P )对ln K 作图，就可得到一条直线，则直线的斜率即为(1-s )，截距为ln(2k )，于是就可求得s 和k 。

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。

列管换热器是一种间壁式的传热装置。

冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成，其所涉及的热量衡算为：1212()()()()h h w c c w mw 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 tQ A A A KA δαλα----==== 1h h m c cK 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：0(,)Re Pr p b c c d du f Nu a μαρλμλ=→= 1）传热系数K 的实验测定热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式：m Q KA t =∆ 其中：12211221()()lnm T t T t t T t T t ---∆=--两式联立，得：21()c c pc mq c t t K A t ρ-=∆2）给热系数α的实验测定热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式： c mc Q A t α=∆ 其中：2121()()lnw w mc w w t t t t t t t t t ---∆=--下上上下两式联立，得：21()c c pc c mcq c t t A t ρα-=∆三、实验装置及流程图本实验选用空气作为冷流体 华理是冷却水，水蒸汽作为热流体。

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。

传热系数K和给热系数α的测定四．实验步骤1．在蒸汽发生器放入去离子水之液位管上段处，是水浸没加热电棒，以防烧坏。

2．打开加热电源开关，水蒸汽发生器开始工作，约20min水沸腾，此时打开气源开关，调节空气流量为20m3/h。

待套管表面发热，打开套管底端发兰下的排气拷克2～3次，排除不凝性气体。

3．因为是气泵原因，随着冷流体流量增加，冷流体进口温度会增加，所以在冷流体进入系统前，先经过一个小换热器。

用水冷却，注意下进上出。

4．整个实验操作热流体的进口温度是恒定的，改变唯一操作变量即冷空气转子流量计阀门开度，达到改变流速的目的。

5．待冷流体出口温度显示值保持5min以上不变时方可同时采集实验数据。

6．实验结束时，先关加热电源，保持冷空气继续流动10min，以足够冷却套管换热器及壁温，保护热电偶接触正常。

7．上机数据处理的直线相关系数要求R≥0.95，否则，实验重做。

8．通过放尽阀将蒸汽发生器内的水放尽9．仪表屏中间的大表是温控表，请不要乱揿按钮。

10.如果上面四个温度显示仪表在实验之前互相间相差1.0℃以上，可按以下步骤处理：按set 键，见CLK ，单击set 键，见110，同时按set 键（先）和∆保持不动，见SLO ，按set 键14下，见pb1，按set 键一下，即进入修改基准数，利用∇∆、来修改温度基准，完后按set 键确定，接着按黑O 复位即可。

请在pb1上修改，其他功能参数不能改变切忌！五．原始数据记录。

六.计算示例以装置号3032第1组数据为例。

由8.5520.816.302t t =+=+出进℃，查得ρc =1.076kg/m 3,C pc =0.24kcal/kg ℃， μ=20.3μPa·s ，λ=0.02461w/m ℃1热负荷计算Q=W c ρc C pc (t 2-t 1)=20×1.076×0.24×4.18×(81.0-30.6)=1088kj/h2.传热系数K 计算55.446.301050.81105ln 6.300.81t T t T ln )t T ()t T (t 1212m =---=-----=∆℃ KA ∆t m =W c ρc C pc (t 2-t 1)h m /kj 34255.443.10175.014.31088t l d Q t A )t t (C W K 2m m 12pc c c =⨯⨯⨯=∆π=∆-ρ=平℃ 3.给热系数c α计算32.396.308.990.816.100ln )6.308.99()0.816.100(t t t t ln )t t ()t t (t 1m 2m 1m 2m mc =---=-----=∆－－下上下上℃()12t t c W t A pc c c mc c c -=∆ρα42432.393.1016.014.31088t l d Q mc c c =⨯⨯⨯=∆π=αkj/m 2h ℃ 4.给热系数h α计算()12t t c W t A pc c c mh h h -=∆ρα79.46.1001058.99105ln 8.996.100t T t T ln t t t T t T ln )t T ()t T (t m m m m m m m m mh ==--=-----=∆－－－－上下下上下上上下℃ ()12t t c W t A pc c c mh h h -=∆ρα292979.43.1019.014.31088t l d Q mh h h =⨯⨯⨯=∆π=αkj/m 2h ℃ 5.雷诺数R e 谱朗特数Pr 的计算65.27016.0785.03600/20d 41W u 22=⨯=π=m/s 461034.2103.20076.165.27016.0du Re ⨯=⨯⨯⨯=μρ=- 71.036000246.0103.2024.0Cp Pr 6=⨯⨯⨯=λμ=- N UC 97.6518.40246.0016.0424d c =⨯⨯=λα= 六.过程运算表3031号装置过程运算表3032号装置过程运算表七.作图法关联曲线方程b e r aR P Nu =4.0/(17)由下图3031，用作图法待定上式函数中的常数b a 和，方法如下：以直线为斜边，作直角三角形，读得斜边上二点A(10000，40.6)，B （20000，70.2）该三角形的高与该三角形底边之比的值，即为此函数的指数b ；然后在直线上读得一点坐标，将该坐标待入式(17)，可求得常数a 。

传热系数测定的实验（水蒸气-空气体系）一.实验目的1.了解管套式换热器的结构2.观察水蒸气在水平换热管外壁上的冷凝现象，判断冷凝类型3.测定水蒸气—空气在换热器中的总传热系数K和对流给热系数a，加深对其概念和影响因素的理解。

4.学习线性回归法确定关联式Nu=ARe m pr0.4中常数A，m的值5.掌握热电偶测量温度的原理和方法二.实验原理1.总传热系数的测定在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管通冷空气，水蒸气冷凝放出热量加热空气。

当冷热液体在换热器内进行稳定传热时，该换热器同时满足热量衡算和传热速率方程，若忽略热损失，公式如下：Q=KAΔt m=q m c p(t2-t1)三．实验内容1.衡量水蒸气-空气通过换热器的总传热系数K对实验数据进行线性回归，求出准数方程Nu=ARe m pr0.4中的常数A，M的值2.通过计算分析影响总传热系数的因素四.实验装置来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水通过管道排入地沟，冷空气经转自流量计进入套管换热器内管热交换后装置。

实验流程如图：五．实验步骤1.检查蒸汽发生器的仪表和水位是否正常。

2.打开换热器的总电源开关，打开仪表电源开关，观察仪器读数是否正常。

3.当蒸汽压稳定后，排除蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水，防止夹带冷凝水的蒸汽损坏压力表及压力变送器。

4.打开换热器内的不凝性气体排除阀。

5.刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸气进口阀的开度，让蒸气徐徐流入换热器中，逐渐加热，由冷态转变为热态，不得少于10MIN。

6.恒定空气流量，改变蒸气压，测量4组实验数据。

改变客气流量，恒定蒸汽压，测量4组数据7.实验完毕，清理实验场地。

传热系数测定的实验（水-热空气体系）一.实验目的1.了解列管式换热器的结构。

2.测定水-热空气在换热器中的总传热系数K和对流给热系数α加深对其概念影响因素的理解。

3.学习线性回归法确定关联式Nu=ARe m pr0.4中常数A，m的值4.掌握热电偶测量温度的原理和方法二．实验原理在列管式换热器中，壳程通冷水，管程通热空气，热空气冷却放热加热水。

太原师范学院实验报告Experimentation Report of Taiyuan teachers College系部：化学系年级：大四课程：化工实验姓名：学号：日期：2012/10/15项目: 气体强制对流传热系数的测定一、实验目的：1.熟悉传热设备；2.了解传热原理和强化传热途径，分析热交换过程的影响因素；3.测定热流体空气与冷流体水在并流和逆流条件下的总传热系数K；4.测定努赛尔数Nu和雷诺数Re之间的关系，确定他们的关联式。

二、实验原理：传热过程按其方式可分为热导传热、对流传热和辐射传热三种。

在工业生产上的传热过程中，按冷流体和热流体的接触方式可分为直接接触式、间壁式和蓄热式三种。

本实验采用的单套管式换热器为间壁式传热，其热流体为热空气，冷流体为水，热空气与水在套管内进行传热，传热方程为：q=K*A*△t m式中：q为传热速率（W）；K为总传热系数（W*m-2*k-1）A为热空气—水间的传热面积（套管换热器的内管平均面积A=π*d m*L，d m为内管内外径的平均值，L为套管换热器套管的长度）；△t m 为热空气与冷却水间的平均温度差【△t m =（△t1 +△t2 ）/ (ln△t1 -ln△t2 )，℃或K】，△t1 和△t2 分别为换热器两端的温度差。

在稳定传热过程中，热流体热空气通过换热器壁面将热量传给冷流体水，捂热量损失，两流体也未发生相变化，冷流体吸收热量与热流体放出热量相等，因此，传热速率Φ衡算式为：Φ=W g C p(T1-T2)式中：W g 为空气的质量流量（Kg*S-1）C p 为空气的比热容（K J*Kg*K-1）T1，T2分别为热流体俄进口和出口温度（℃或K）根据传热关系，传热系数是由以下几个分热阻的倒数组成，即式中：a1、a2分别为热空气和冷却水的给热系数（W*m-2*k-1）d1、d2分别为内管的内径和外径（m）, δ为内管的壁厚（m）;λ为内管的导热系数（W*m-2*k-1）。

实验4 传热实验 (Ⅰ) 换热系数K 的测定一、实验目的1. 测定单壳程单管程列管式换热器的总传热系数K ；2. 学会传热过程的调节方法。

二、基本原理1.传热速率方程式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各种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 是反映具体传热过程速率大小的特征量。

对q 的计算，需要引入壁面温度，而在实际计算时，壁温往往是未知的。

为实用方便，希望能避开壁温，直接根据冷﹑热流体的温度进行传热速率的计算。

在间壁式换热器中，热量习惯地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，并忽略壁面内外的差异，则各环节的热流密度相等，即c w w w hw t t t T T T AQ q αλδα11-=-=-==（4-1）由（4-1）式可以得到阻力推动力=++-=cht T q αλδα11(4-2)由上式，串联过程的推动力和阻力具有加和性。

在工程上，上式通常写成：)(t T KA Q -= (4-3)式中c hK αλδα111++=(4-4)式（4-4）为传热过程总热阻的倒数，称为传热系数。

比较（4-1）和式（4-2）两式可知，给热系数A 同流体与壁面的温差相联系，而传热系数K 则同冷﹑热流体的温差相联系。

由于冷流体的温度差沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷﹑热流体的温度成线性关系，故将（4-3）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m t KA Q ∆= (4-5)2.热量衡算方程式)()(2112T T C q t t C q Q ph m h pc m c -=-= (4-6)3. 传热过程的调节在换热器中，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。

北京化工大学化工原理实验报告实验名称：传热膜系数测定实验班级：化工1305班*名：***学号：********** 序号：11同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏设备型号：XGB型旋涡气泵及ASCOM5320型压力传感器第4套实验日期：2015-12-17一、实验摘要首先，本实验让空气走内管，蒸汽走环隙，采用由XGB 型漩涡气泵风机、ASCOM5320型压力传感器、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，由人工智能仪来读取所有温度和压差等参数，用计算机软件实现数据的在线采集与控制。

其次，由所得数据分别求得了正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α，再通过作图，使用图解法确定了传热膜系数准数关系式Re Pr m n Nu A =（n=0.4）中的系数A 和指数m 后，在双对数坐标纸中作出了0.4/Pr Re Nu 的关系曲线。

最后，整理出了流体在圆管内做强制湍流流动的传热膜系数准数半经验关联式，并与公认的关联式进行了比较。

关键词：传热膜系数K 、雷诺数Re 、努赛尔准数Nu 、普朗特数Pr 、图解法二、实验目的1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法： （1）测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 （2）测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 、n 的方法；3、通过实验提高对准数关系式的理解，将实验所得结果与公认的关联式进行比较，分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

三、实验原理间壁式传热过程可分为三个过程：第一、由热流体对固体壁面的对流传热，第二、固体壁面的热传导，第三、固体壁面对冷流体的对流传热。

当流体无相变时的对流传热准数关系式可由量纲分析法写为：Re Pr m n p Nu A Gr =对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，进行简化后：Re Pr m n Nu A =在本文中，采用Excel 软件对上述准数关系式中的指数m 、n 和系数A 进行计算机求解。

蒸汽冷凝时表面传热系数和总传热系数测定实验说明书一、实验目的：1、掌握冷凝换热器的换热量Φ和表面传热系数h及总传热系数K的测试和计算方法；2、熟悉冷凝换热器实验台的工作原理和使用方法；3、了解不同蒸汽压力下的冷凝换热时表面传热系数的变化规律。

二、实验测试装置简介：1.测定装置整体组装，带脚轮，用户接电源和上、下水后即可使用。

2.可测蒸汽在水平管内冷凝（管外为自来水）时的传热系数和给热系数。

其工作原理及流程如图所示。

3.管子的内壁面温度用事先埋好的三支热电偶（轴向均布）测量。

4.电热蒸汽发生器总功率为9KW，最大工作压力为0.08MPa。

此蒸汽源亦可通过阀10—1供其它试验使用。

试验装置流程图及各部分组件的名称1.蒸汽发生器2.电接点压力表3. 安全阀4. 汽水分离器5.热电偶6.压力表7.试验管组8.凝结水液位保持器9.过冷器10.阀门11.计量水箱10-12.文丘里流量计(计算机采集订户)三、实验操作步骤及测试方法：（一）、操作步骤：1.接电源（380V，四线,50Hz,9KW）及上下水（均可胶管连接）。

2.打开阀10—7，从蒸汽发生器底部上水管（兼排污管）向炉体内加自来水至液面计4/5处。

加水时还应打开10—2和阀10—3，以便炉体内的空气能够排出，加完水后关闭阀10—7。

3.全开蒸汽发生器电加热器，待炉内水开始沸腾并将炉体空间大部分空气从阀10—3处排出后，关闭该阀。

4.待蒸汽压力达到试验压力后，打开阀10—4，使系统内空气全部被蒸汽压出后关闭此阀。

5.试验管内的蒸汽压力可自动控制，此时将电接点压力表高低压控制指针分别调至试验压力±0.01MPa处（视试验精度要求，此范围可适当放大或缩小）。

试验管内的蒸汽压力亦可利用阀10—2手动调节，此时应将电接点压力表控制指针调至稍高于试验压力，高压控制指针调至比低压控制指针高0.02MPa左右处，但不得超过蒸汽发生器最大使用压力。

6.全开阀10—6，向试验管组全程供自来水，并视试验工况要求，利用阀10-5调节自来水流量。

实验三 蒸汽─空气对流传热传热系数的测定一、实验目的1． 测定套管式换热器的总传热系数K ；2． 测定圆形直管内传热膜系数α，并学会用实验方法将流体在管内对流及强制对流 时的实验数据整理成包括传热膜系数α的准数方程式；3． 了解并掌握热电偶和电位差计的使用及其温度测量。

二、基本原理1．测定传热系数K根据传热速率方程式：m T KA ∆=φ （1）mT A K ∆=φ（2）式中： φ传热速率，W ； K 总传热系数，W/(m 2·℃)；A 传热面积； m T ∆两流体的平均温度差。

实验时，若能测定或确定φ、A 和，则可测定K 。

m T ∆⑴ 实验是测定蒸汽加热空气时的对流传热总传热系数，其中蒸汽通加套管环隙加热内管的空气，具体的流程如下：在不考虑热损失的条件下，有)(122211T T c q r q p −==m m φ （3）式中： q m1— 蒸汽冷凝液的质量，kg/s ； r 1 — 蒸汽冷凝潜热，J/kg ；q m2— 空气的质量流量，kg/s ； c p2 — 空气的定压比热，J/(kg ·K)；T 1、T 2— 空气的进出口温度，℃； T W1、T W2— 内管外壁温度与内壁温度，℃。

实验中传热速率φ按空气的吸热速率计算。

其中空气的质量流量由孔板流量计测量其 体积流量后转化为质量流量。

即：q m =t ρq V （4）式中：t ρ—为空气进出口平均温度下的密度，kg/m 3。

q V — 为空气的体积流量，m 3/s 。

本实验中，空气的体积流量由孔板流量计测量并通过压力传感器将其差压数字在显示仪表上显示出。

20℃ 下空气流量由公式（5）计算。

6203.000)(p C q t ∆×=V （5）其中， — 20℃ 下的体积流量，m 0t q V 3/h ；C 0— 孔板流量系数，本实验装置中其值为22.696。

p ∆—孔板两端压差，kPa 。

则实验条件下的空气流量q V (m 3/h)则需按下式计算：2732730t Tq q t t ++×=V V式中：t q V —实验条件（管内平均温度）下的空气流量，m 3/h 。

传热膜系数测定实验报告要点北京化工大学化工原理实验报告实验名称：对流给热系数测定实验班级：姓名：学号：序号：同组人：设备型号：对流给热系数测定实验设备-第X套实验日期：对流给热系数测定实验——XXX 一、摘要选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立水蒸汽—空气传热系统，分别对普通管换热器和强化管换热器进行了对流传热实验研究。

确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。

此实验方法可测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。

本实验采用风机、孔板流量计、蒸汽发生器等装置，空气走内管、蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m，得到了半经验关联式。

实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A和m。

二、实验目的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系式中的系数A和指数m、n的方法；3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

三、实验原理热量的传递方式有传导、对流、辐射三种。

流体流经固体表面的传热包含壁面薄层的热传导和主体的热对流，总称为对流给热。

计算对流给热过程的热量Q和热流密度q等，通常需先确定给热系数α。

本实验以间壁式换热器中最简单的套管换热器为研究对象，令壳程走热水蒸汽，管程强制逆流走冷空气，跟据牛顿冷却定律可以测得圆管内空气一侧的给热系数α1。

进一步可以将无因次准数Nu，Re，Pr等按经验形式联系起来，并回归其中的参数A,a。

根据已知A,a的通用关联式确定给热系数，也可达到一定的精度要求，是当前工程上确定α的重要方法。

牛顿冷却定律：Q???A??tm =?1?A1?(tw,1?t1)?(tw,2?t2)tw,1?t1lntw,2?t2式中：α——内表面给热系数，[W/(m2·℃)]；Q——传热量，[W]；A——总传热面积[m22]；Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]；t1——进口温度，[℃]；对流给热系数测定实验——XXX t2——出口温度，[℃]；tw,1——壁温，[℃]；tw,2——壁温，[℃]。

气---汽对流传热综合实验班级：化学工程与工艺姓名：韩兴云学号：033112037 组别：甲4一、实验目的：1、测定光滑圆形直管管外蒸气冷凝，管内为空气强制对流时的传热系数——K值；2、学会用实验方法，讲所测实验数据整理成准数方程式3、了解并掌握热电偶和电位差计的使用，及其温度测量。

二、基本原理概述1、测定传热系数K。

根据传热速率方程式得：其中：传热速率Q，既可以用热流体得放热速率计算，也可以用冷流体的吸收速率计算。

传热推动力Δtm可用对数平均温度差计算。

逆流时，S＝лdl2、测定给热系数α在蒸汽－空气换热系统，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数与分传热系数的关系为：由于蒸汽冷凝给热系数远大于管壁对空气的给热系数，所以α1＝K3、求与Re的定量关系式。

由因次分析法可知，流体在圆形管中呈强制湍流时的给热系数，符合下列准数关联式：本实验就是通过调节空气的流量，测得对应的给热系数，然后将流量整理为Re，将给热系数整理为Nu。

再将所得的一系列Nu－Re数据，通过图解法或者回归分析法，求得待定系数A、n。

进而得到给热系数α与Re的经验公式。

三、装置与流程：来自鼓风机的空气通过调节阀1转子流量计2和换热管3，经换热后排空。

热量由缠绕在换热管表面的电热丝4供给；空气流量由转子流量计2测定；进、出口空气温度由温度计读取，其进口压强由U形管液柱压差计显示；壁温由热电偶测量。

四、实验数据及处理：表一普通套管换热器原始数据表二强化套管换热器原始数据表三普通套管换热器实验数据处理表t2 /℃67.1 66.4 65.7 65.7 66.5 67.8 68.2t /℃48.8 49.6 49.6 50.4 52 54.3 54.9ρ/(kg/m3) 1.097 1.094 1.094 1.092 1.086 1.079 1.077 Cp/(J/kg·k)1005λ/(w/m·k)0.02816 0.02821 0.02821 0.02827 0.02838 0.02854 0.02858 μ/(Pa·s)19.5 19.6 19.6 19.6 19.7 19.8 19.8Pr0.4 0.866Vt0/(m3/h) 15.57 23.62 29.64 34.49 38.42 42.11 42.99 V/(m3/h) 16.51 24.92 31.2 36.21 40.23 43.94 44.81 Tw/℃109.2 109.5 109.5 109.5 109.5 109.5 109.5 Δtm/℃60.4 59.9 59.9 59.1 57.5 55.2 54.6Q/w 185.6 255.7 306.8 338.9 354.9 358.7 358.4 α/(w/m2·℃)48.9 67.9 81.5 91.3 98.2 103.4 104.5 Nu 34.7 48.1 57.8 64.6 69.2 72.5 73.1u/(m/s) 14.6 22.03 27.58 32.01 35.57 38.85 39.62 Re 16426.9 24592.7 30788.3 35668.3 39217.3 42342.6 43101.8 lnNu 3.55 3.87 4.06 4.17 4.24 4.28 4.29 lnRe 9.71 10.11 10.33 10.48 10.58 10.65 10.67由Nu=ARemPr0.4 , 可得lnNu=lnA+mlnRe+0.4lnPr所以以lnNu——lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA+0.4lnPr作图，可得m=0.78，lnA+0.4lnPr=-3.9922，所以A=0.0195即Nu=0.0195Re0.78Pr0.4表四强化套管换热器实验数据处理表Nu 103.7 98.7 91.1 81.5 70.5 51.7u/(m/s) 35.89 32.96 29.12 25.06 20.55 13.77 Re 37854.1 35102.4 31402.8 27262.2 22397.4 15007.9 lnNu 4.64 4.59 4.51 4.40 4.25 3.95 lnRe 10.54 10.47 10.35 10.21 10.02 9.62由Nu=BRem, 可得lnNu=lnB+mlnRe所以以lnNu——lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnB.作图得，m=0.75 , lnB=-3.30677所以B=0.0366即 Nu=0.0366Re0.75强化比的计算：同一流量下，强化管的努塞尔准数Nu与普通管的努塞尔准数Nuo之比，即Nu/Nuo.当流量等于40.60m3/h时，Nu=103.7, 当流量等于40.23m3/h时, Nuo=69.2.所以强化比=103.7/69.2=1.50实验数据处理过程：以普通管第一组数据为例孔板流量计压差ΔP=0.60kPa,进口温度t1=30.4℃，出口温度t2=67.1℃，壁面温度热电势4.59mV.已知数据及有关常数：(1)传热管内径di及流通段面积Fdi=20.0mm=0.0200mF=л(di2)/4=3.142*0.02002 /4=0.0003142m2(2)传热管有效长度L及传热面积Si L=1.00mSi=лLdi=3.142*1.00*0.0200=0.06284m2(3) t1为孔板处空气的温度，为由此值查得空气的平均密度ρ当t1=30.4℃时，ρ= kg/m3(4)传热管，测量段上空气平均物性常数的确定先算出测量段上空气的定性温度t /℃t= （t1 +t2）/2=(30.4+67.1)/2=48.8 ℃查得：测量段上空气的平均密度ρ=1.097 （kg/m3）测量段上空气的平均比热Cp=1005(J/kg·k)测量段上空气的平均导热系数λ=0.02816 (w/m·k)测量段上空气的平均黏度μ=19.5 (μPa·s)测量段上空气的平均普朗特准数的0.4 次方为：Pr0.4=0.866（5）空气流过测量段上平均体积V(m3/h)的计算：Vto=20.243*(ΔP)0.5139=15.57(m3/h)V=Vto*(273+t)/(273+ t1)=16.51(m3/h)(6) 冷热流体间的平均温度差Δtm/℃的计算：Tw=1.2705+23.518*4.59=109.2℃Δtm= Tw-t=109.2-48.8=60.4℃(7) 其余计算传热速率Q=V*ρ*Cpi*Δt/3600=15.57*1.097*1005*(67.1-30.4)/3600=185.6 wα=Q/(Δtm Si)=185.6/(60.4*0.06284)=48.9 (w/m2·℃)传热准数N u=α*di/λ=48.9*0.0200/0.0283=34.7测量段上空气的平均流速u=V/(F*3600)=16.51/(0.0003142*3600)=14.60(m/s)雷诺准数Re=di*u*ρ/μ=0.0200*14.60*1.097/0.0000195=16426.9(8)作图，回归得到准数关联式Nu=ARemPr0.4中的系数绘制两个实验的Nu—Re的关系图：。

传热系数的测定传热系数是在热传导中的一个重要参数，它表征了热量在物体内部传递的能力大小。

在工程和科学领域中，传热系数的测定是非常重要的，因为它可以用来判断材料或设备的热传递特性是否符合设计要求，以及优化热传递过程的效率。

本文将介绍传热系数的测定方法以及具体实验中需要注意的问题。

物体内部传递热量的能力可以由传热系数来描述。

传热系数k是物体中单位时间内单位面积上表面与相邻物体间传递的热量（Q）与温度差（ΔT）的比值。

即：k = Q / (A×ΔT)其中，Q表示传递的热量；A表示传递的热量所在表面的面积；ΔT表示两侧温度差。

传热系数可以用来衡量材料的导热性能。

一般来说，材料的导热性能越好，它的传热系数就越大。

在实验中，传热系数一般通过测量材料的温度分布和热量传递速率来推导得到。

一、实验装置和步骤传热系数的测定实验最基本的装置是热传导试样，它可以是任何形状和大小的固体，一般具有矩形、圆形或球形等形状。

试样的表面通常涂有黑色或复合材料，以增大吸收热量的面积。

通常的实验步骤如下：1. 在实验准备阶段，将试样制备好，并在表面涂上黑色吸热材料。

2. 将试样的一侧置于水槽中，以便能够通过加热水来改变试样的温度。

3. 在给定的时间内，在试样的另一侧测量温度，以确定温差。

4. 通过测量这段时间内给试样加的热量和温度差来计算传热系数。

这能够确定给定的温度差下的导热率。

二、注意事项在进行传热系数测定实验时，需要注意以下几个问题：1. 试样的准确温度测量是非常关键的。

在实验中，温度测量应该在试样的另一侧进行，并通过多个点上的测量来确定平均温度，从而减小因测量误差而导致的传热系数偏差。

2. 正确的数据分析和处理非常重要。

数据的处理应该严格按照实验过程所需的参数计算公式进行，并考虑到可能的误差来源，如温度测量设备精度等因素。

3. 确保实验的稳定性。

在进行实验时，应尽可能地保持试样的表面温度均匀，以消除由于表面温度不均匀而导致的传热系数偏差。

实验四 蒸汽－水总传热系数K 及导热系数λ的测定的测定一、实验目的1、掌握传热系数K 和导热系数λ的测定原理；2、掌握传热系数K 和导热系数λ的测定方法及数据处理。

3、比较保温管和水套管的传热速率，并进行讨论。

二、实验原理1、传热系数K 的测定根据传热基本方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速度Q ，以及各有关的温度，即可算出K （W/(m 2·℃)）。

K=mt A Q∆。

式中，A ——传热面积，m 2；△t m ——冷、热流体的平均温差，℃； Q ——传热速率，W 。

Q= q m 汽R 。

式中，q m 汽——冷凝液流量，kg/s ；R ——冷凝液潜热，J/kg 。

21ln 1221ln )2()1(tT tT tt t T t T t T t T m t ---=-----=∆A=πl d 外。

2、导热系数λ的测定根据圆管壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速速率Q 以及各有关的温度，即可算出λ（W/(m·℃)）。

QbA (T t )m λ=-内外T 内，t 外——分别为保温层两侧的温度，℃； b ——保温层的厚度，m ；Am ——保温层内外壁的平均面积，m 2。

三、实验装置及流程实验装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。

这“三根管”与加热器、汽包、测温计等组成整个测试系统，见图4-1。

加热器3将水加热成为水蒸汽后，水蒸汽进入到汔包5中，阀11排除不凝气。

水蒸汽分别在保温管、裸管和套管冷凝传热，用量筒和秒表记录冷凝量和时间。

在套管中，水经过高位槽由转子流量计计量后进入套管换热器壳层。

本试验使用蒸气—水套管测定K值，观察收集汽—水套管数据。

蒸气—水套管设备结构尺寸如下：（1）汽-水套管：d外=16mm的紫铜管；（2）管长l=0.6m。

保温管设备结构尺寸：内管为d外=16mm的紫铜管；外管为D内=34mm, D外=40mm的有机玻璃管；管长l=0.60m。

化工基础实验报告实验名称化工传热试验班级姓名学号成绩实验时间同组成员一、实验预习要求：阐明实验目的、原理、流程装置、实验步骤、注意事项、要采集的数据；设计实验数据原始记录表；提出预习中思考的问题。

实验目的：（1）掌握传热系数K，对流传热系数α和导热系数λ的测定方法；（2）比较保温管、裸管和汽水套管的传热速率，并进行讨论。

实验原理：根据传热基本方程、牛顿公式以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q，以及各有关的温度，即可算出K,α和λ。

（1）测定汽水套管的传热系数K：K=Q/(A*Δtm ) 其中A为传热面积，Δtm 是冷热流体的对数平均温差。

（2）测定裸管的自然对流给热系数α：α=Q/(A*(tw—tf)) 其中tw、tf分别为壁温和空气温度。

（3）测定保温材料的导热系数λ：λ=Qb/(Am*（T—t）) 其中T、t分别为保温层两侧的温度，b 为保温层的厚度，Am是对数平均面积。

而传热速率Q=Wr 其中W是冷凝液流量，r是冷凝潜热。

流程装置：装置主体设备为三根管：保温管，裸管和汽水套管。

这三根管与汽包，水槽，加热器，温度感应器等组成整个测试系统。

工艺流程如下：锅炉内产生的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，固定时间内冷凝液由计量筒或量筒收集，以测量计算冷凝速率。

三根紫铜管外散热情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管（近似大空间对流）；还有一根管外是冷却水（湍流换热），为一套管式换热器。

二、实验步骤（1）熟悉设备流程，检查各阀门的开关情况，排放汽包中的冷凝水；（2）打开加热开关，并将调压器调至220V，待有蒸汽后再将调压器电压调低，使感温电阻15处的温度稳定在100摄氏度左右；（3）打开套管换热器冷却水进口阀，调节冷却水流量在80L/h左右；（4）待传热过程稳定后，同时测量各设备单位时间的冷凝液量、壁温和水温；（5）重复步骤（4）；（6）改变冷却水流量，再测汽水套管的单位时间的冷凝液量，壁温和水温两次；（7）改变冷却水流量至100L/h左右，重复上述步骤并记录；注意数据的重复性；（8）实验结束，切断电源，关闭冷却水阀。