实验八 气汽对流传热综合实验

气—气传热综合实验操作讲义气体传热是一个非常重要的物理现象，在工程和科学实验中都扮演着重要的角色。

下面是一个气体传热综合实验操作讲义，帮助你更好地理解气体传热的原理和方法。

实验目的：1.了解气体传热的基本原理；2.掌握气体传热的实验方法和操作技巧；3.分析气体传热实验数据，得出相关结论。

实验器材和材料：1.烧瓶；2.温度计；3.水；4.红墨水；5.塑料软管；6.热电偶；7.太阳光模拟器等。

实验步骤：1.实验前准备a.准备好所有的实验器材和材料；b.将烧瓶加满水，并将温度计插入烧瓶中；c.准备一定量的红墨水，并将红墨水注入烧瓶中；d.通过塑料软管连接烧瓶和热电偶；e.将热电偶的另一端连接到温度计；f.将热电偶的接线端接入数据采集系统中。

2.实验操作a.开启太阳光模拟器，模拟太阳光照射；b.观察烧瓶中的红墨水的颜色变化，并记录其温度变化；c.持续观察和记录一段时间，直到红墨水的温度不再变化为止。

3.实验数据分析a.将实验所得的温度变化数据整理成表格或图表；b.根据数据分析出气体传热过程中的变化规律；c.用适当的理论模型解释实验数据，并得出结论。

注意事项：1.在进行实验操作时，要注意安全，避免发生意外；2.实验过程中要仔细观察和记录数据，确保准确性和可靠性；3.在分析实验数据时，要结合相关理论知识进行推理和解释；4.完成实验后，要仔细清洗实验器材，保持实验环境的整洁。

实验原理及讲解：气体传热是指通过气体传递热能的过程。

气体传热可以通过传导、对流和辐射三种方式进行。

1.传导传热：当气体与固体接触时，会发生传导传热。

传导传热的基本原理是热量从高温区传递到低温区，通过直接接触的方式传导到气体中。

在实验中，通过将烧瓶中的水加热，水分子会受热扩散，与烧瓶的表面发生直接接触，从而导致烧瓶表面的红墨水温度上升。

2.对流传热：当气体通过流动状态传递热量时，会发生对流传热。

对流传热的基本原理是热量通过热量传递质点的对流运动进行传递。

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化工原理实验 对流传热实验3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。

气汽传热实验报告实验目的：研究气体与汽体达到热平衡时的传热现象。

实验原理：在气氛中，气体与汽体的传热过程通常是以对流传热为主要方式。

对流传热是通过流体的对流传递热量的过程，其传热速率与传导传热的速率相比较大。

在实验中，我们以空气为气体，水蒸气为汽体，通过一个实验装置将这两种介质进行传热。

实验装置包括一个加热器和一个冷却器，它们分别与制冷装置和加热装置相连。

当实验开始时，加热器中的水被加热转化为水蒸气，水蒸气进入冷却器后被冷却成为液态水。

实验装置中的流量计和温度计可以测量气体和汽体的流量和温度。

实验过程：1. 将实验装置连接好，确保每一处连接都密封可靠。

2. 打开制冷装置和加热装置，开始循环。

3. 记录下气体和汽体的流量和温度，根据实际需要调整加热和冷却的功率。

4. 每隔一段时间记录一次流量和温度，直到达到热平衡状态。

实验数据处理：根据实验记录的数据，我们可以计算出气体和汽体的传热速率。

传热速率可以用下面的公式来计算：q = m * Cp * (Tout - Tin)其中，q为传热速率，m为流量，Cp为比热容，Tout为出口温度，Tin为入口温度。

通过计算得到的传热速率数据可以绘制成传热速率随时间的曲线图。

根据曲线图的特点可以分析传热过程的规律。

实验结果和讨论：根据实验数据和曲线图可以看出，传热速率在开始时较大，随着时间的推移逐渐减小并趋于稳定。

这是因为在开始时，气体和汽体的温差较大，传热速率会比较快。

随着时间的推移，气体和汽体之间的温差减小，传热速率也会相应减小。

当气体和汽体达到热平衡时，传热速率将趋于一定的稳定值。

此外，传热速率还受到其他因素的影响，比如流体的流速、传热表面的面积和传热介质的性质等。

通过调整实验装置中的参数，我们可以研究这些因素对传热速率的影响。

实验结论：在气汽传热实验中，我们通过研究气体和汽体达到热平衡时的传热现象，发现了传热速率随时间变化的规律。

随着时间的推移，传热速率逐渐减小并趋于稳定。

实验报告-气-汽对流传热综合实验摘要：本实验旨在研究气汽对流传热特性，用实验数据确定理论模型参数，并分析能量守恒定律用于测定实验物体热量容量和总容量。

实验结果显示，气汽对流传热是由气流和质量流动引起的末端传热，在实验环境中表现为气汽对流传热。

由对实验数据的分析，可知通量和温度的关系，且表明了容量的大小与能量的守恒的相关性。

1、实验原理气汽对流传热是一种特殊的传热形式，发生在物体与气体或液体面之间，在其发生时，由于热量转移，而在这两表面之间发生气体或液体的运动，热流量是运动传递所引起的，从而造成介质两端的热量运动，从而形成传热。

2、实验步骤（1）实验仪器准备：实验仪器包括，气汽对流热传输实验台、调压罩、调压阀、进排气管、温度计、湿度计、压力表等设备。

（2）调试：把实验台上的调压阀打开，用手把调压罩拉落，手调温度计指针，在实验台上拉起温度拉丝，注意实验台传感器位置。

（3）启动实验：把实验装置测试面调节到预定温度，仔细测量压力、温度和湿度，即可进行实验。

3、实验结果（1）实验数据：通过实验台提供的实验数据发现，风口和吹出口的温度变化和压力变化存在一定的变化趋势，即在实验开始时，风口温度和吹出口温度都较高，压力较低；随着实验进行，它们相差越来越小，而压力也越来越增大。

（2）容量测定：借助观察实验数据，通过比较前后温度差以及定义的总容量、物体热量容量可以求得实验物体的热量容量和总容量的取值，说明实验物体的温度变化可以用叠加定律计算出来。

4、结论本实验证明，气汽对流传热是指在实验装置测试表面和空气之间形成的气体或液体流动传热。

实验结果表明，气汽对流传热对温度非常敏感，其传热。

实验八 气汽对流传热综合实验一、实验目的1、掌握给热系数α的测定方法；2、掌握热电偶、铜电阻温度计测温方法；3、掌握强化传热的途径。

二、实验原理1、测给热系数的原理（1）根据牛顿冷却定律，已知传热设备的构尺寸，只要测得传热速率Q 以及各有关的温度，即可算出α的值：Q A t α=∆。

式中Δt 为管壁面温度与空气平均温度之差(K)。

A 为传热面积（m 2）。

（2）传热速率Q 是由管内流体的热负荷Q ′决定。

由于饱和蒸汽走管间，空气走管内，则21'()air m p Q Q Q q c t t ===-， q m 为空气质量流量kg/s ，c p 为比热（J/kg.K ）。

（3）12,()/2w t t t t t t ∆=-=+ ，t w ，t 1，t 2分别为壁温、空气进口和出口温度（℃），（4）传热面积：i A d l π=（5）空气流量的测量空气流量计由孔板与差压变送器和二次仪表组成。

该孔板流量计在20℃时标定的流量和压差的关系式为：0.532022.696(/)V q p m h =⨯∆流量计在实验使用时往往不是20℃，此时需要对该读数进行校正：120vt v q q =式中：△P —孔板流量计两端压差，kPa ； q v20—20℃时体积流量，m 3/h ；q vt1—流量计处体积流量，也是空气入口体积流量，m 3/h ； t 1—流量处温度，也是空气入口温度，℃。

由于换热器内温度变化，传热管内的体积流量需进行校正：vm vt q q =q vm —传热管内平均体积流量，m 3/h ；t m—传热管内平均温度，℃。

（6）温度的测量空气进出口温度采用Cu 50铜电阻温度计测得，由多路巡检表以数值形式显示（1—普通管空气进口温度；2—普通管空气出口温度；3—强化管空气进口温度；4—强化管空气出口温度）。

壁温采用热电偶温度计测量，光滑管的壁温由显示表的上排数据读出，强化管的壁温由显示表的下排数据读出。

气—汽对流传热综合实验1. 光滑套管换热器传热系数的测定数据记录与整理表传热管内径d i =0.020 m 有效长度L i =1。

00 m 冷流体：空气（管内）热流体：蒸汽（管外）2. 强化套管换热器传热系数及强化比的测定数据记录与整理表传热管内径d i =0.020 m 有效长度L i =1。

00 m 冷流体:空气（管内）热流体：蒸汽（管外）1壁面温度T w℃99.6 99.7 99。

8 99。

9 99。

9 管内平均温度t m℃59。

9 57.6 56.8 56。

8 57.3 空气密度ρm kg/ m31。

060 1。

068 1。

071 1。

071 1.069 空气导热系数λm＊100 W/ m·℃2。

895 2。

879 2.874 2.874 2。

877 空气定压比热容Cpm kJ/ kg·℃ 1.005 1.005 1.005 1。

005 1。

005空气粘度μm＊10000Pa·s 2。

01 2.00 1。

99 1。

99 2。

00空气进出口温度差Δt℃61。

7 55。

0 51.7 50.3 50。

2 平均温差Δt m℃39。

7 42。

1 43.0 43。

1 42.6 20℃时空气流量V20m3/ h 8。

79 18。

58 24.34 29。

59 33.89 管内平均流量V m3/ h 9.837 20。

613 26。

902 32。

666 37.432 平均流速u m/s 8。

70 18.22 23。

78 28.88 33.09传热量Q W 179。

60 338。

02 392。

16 491。

27 560。

77 对流传热系数αi W/m2·℃71。

99 127.77 145。

13 181.39 209.48 雷诺数Re 9176 19458 25596 31086 35373 努赛尔准数Nu 49.73 88。

76 101。

0 126。

23 145。

62Nu/Pr0.457。

1234孔板压差ΔP(KPa)0.52 1.53 2.56 3.57空气入口温度t1(℃)25.626.126.526.8ρt1（kg/m3） 1.18 1.18 1.18 1.18空气出口温度t2(℃)72.766.166.167.5壁面温度Tw(℃)99.799.799.799.7管内平均温度t m(℃)49.1546.146.347.15ρm（kg/m3） 1.09 1.1 1.1 1.1λm(W/m·℃)0.0280.0280.0280.028 Cp m(J/kg·℃)1005100510051005μm(Pa·s)0.00001970.00001950.00001950.0000195空气进出口温差Δt(℃)47.14039.640.7平均温差Δt m (℃)50.5553.653.452.55 20℃时空气流量V20(m3/h)16.3728.0736.3142.88计量计处空气流量Vt1（m3/h)16.5228.3636.7143.38管内平均流量Vm（m3/h）17.9030.9740.0147.10平均流速um(m/s)15.8327.3835.3741.64传热量Q（W）381.29705.86908.481052.47αi(W/m2·℃)120.03209.56270.73318.71 Re17514.4030892.1839908.6146981.93Nu85.74149.69193.38227.65Pr0.710.700.700.70Pr0.40.870.870.870.87Nu/Pr0.498.49172.65223.04262.58孔板压差ΔP(KPa)0.20.7 1.2 1.7空气入口温度t1(℃)30.631.332.132.4ρt1（kg/m3） 1.165 1.161 1.158 1.158空气出口温度t2(℃)81.676.776.576壁面温度Tw(℃)100100100100管内平均温度t m(℃)56.15454.354.2ρm（kg/m3） 1.073 1.08 1.08 1.08λm(W/m·℃)0.2870.2860.2860.286 Cp m(J/kg·℃)1005100510051005μm(Pa·s) 1.94*10^-6 1.93*10^-6 1.93*10^-6 1.93*10^-6空气进出口温差Δt(℃)5145.444.443.6平均温差Δt m (℃)43.94645.745.8 20℃时空气流量V20(m3/h)10.1518.9924.8629.59管内平均流量V（m3/h）1120.4126.6731.7d i=0.02m L=1.00m 冷流体：空气（管内）流体：蒸汽（管外）平均流速u(m/s)9.7218.0423.5828.03传热量Q（W）168279.4457416.7αi(W/m2·℃)60.996.66124.3144.8 Re10752201902639031370 Nu42.4467.5986.92101.26 Pr0.6790.6780.6780.678 Nu/Pr0.449.5578.96101.54118.29 Nu036.9160.0873.9284.51 Nu/Nu0 1.15 1.13 1.18 1.21234孔板压差 ΔP(KPa)0.260.76 1.26 1.76空气入口温度t 1(℃)28.528.929.329.7ρt1（kg/m 3） 1.165 1.165 1.165 1.165空气出口温度t 2(℃)86.57873.972.6壁面温度Tw(℃)99.799.799.799.7管内平均温度t m (℃)57.553.4551.651.15ρm （kg/m 3）1.06 1.09 1.09 1.09λm (W/m ·℃)0.0290.02830.02830.0283Cp m (J/kg ·℃)1005100510051005μm (Pa ·s)0.0000201 1.96E-050.00001960.0000196空气进出口温差Δt(℃)5849.144.642.9平均温差Δt m (℃)42.246.2548.148.5520℃时空气流量V 20(m 3/h)10.1524.8633.6640.6d i =0.02m L=1.00m 冷流体：空气（管内） 流体：蒸汽（管外）计量计处空气流量10.3025.2334.1941.27Vt1（m3/h)管内平均流量Vm10.7626.6836.3243.84（m3/h）平均流速um(m/s)9.5223.5932.1138.75传热量Q（W）134.42375.55531.54647.61αi(W/m2·℃)50.69129.22175.86212.27 Re10037.0526239.6735710.2843104.86Nu34.9691.32124.28150.01Pr0.700.700.700.70Pr0.40.870.870.870.87 Nu/Pr0.440.40105.56143.66173.41 Re0.81611843.794039.355194.396056.71 Nu027.6060.4577.7490.64 Nu/Nu0 1.15 1.13 1.18 1.20。

《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：R e=duρ/μ, P r=cpμ/λ, Nu=αd/λ实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。

实验一、流体流动阻力的测定1、进行测试系统的排气工作时，是否应关闭系统的出口阀门？为什么？答：在进行测试系统的排气时，不应关闭系统的出口阀门，因为出口阀门是排气的通道，若关闭，将无法排气，启动离心泵后会发生气缚现象，无法输送液体。

2、如何检验系统内的空气已经被排除干净？答：可通过观察离心泵进口处的真空表和出口处压力表的读数，在开机前若真空表和压力表的读数均为零，表明系统内的空气已排干净；若开机后真空表和压力表的读数为零，则表明，系统内的空气没排干净。

3、在U形压差计上装设“平衡阀”有何作用？在什么情况下它是开着的，又在什么情况下它应该关闭的？答：用来改变流经阀门的流动阻力以达到调节流量的目的，其作用对象是系统的阻力，平衡阀能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部份负荷的流量需求，起到平衡的作用。

平衡阀在投运时是打开的，正常运行时是关闭的。

4、U行压差计的零位应如何校正？答：先打开平衡阀，关闭二个截止阀，即可U行压差计进行零点校验。

5、为什么本实验数据须在对数坐标纸上进行标绘？答：为对数可以把乘、除因变成加、减，用对数坐标既可以把大数变成小数，又可以把小数扩大取值范围，使坐标点更为集中清晰，作出来的图一目了然。

6、你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的方法，它们各有什么特点？答：测流量用转子流量计、测压强用U形管压差计，差压变送器。

转子流量计，随流量的大小，转子可以上、下浮动。

U形管压差计结构简单，使用方便、经济。

差压变送器，将压差转换成直流电流，直流电流由毫安表读得，再由已知的压差~电流回归式算出相应的压差，可测大流量下的压强差。

实验二、离心泵特性曲线的测定1、离心泵启动前为什么要先灌水排气？本实验装置中的离心泵在安装上有何特点?答：为了防止打不上水、即气缚现象发生。

2、启动泵前为什么要先关闭出口阀，待启动后，再逐渐开大？而停泵时，也要先关闭出口阀？答：防止电机过载。