下载文档原格式
空气横掠管束时的强迫对流传热实验13级能动卓越唐萍南201323060314同组人员：方迅舟潘捷陈明松摘要：对管束的排列方式、空气来流速度的大小对换热系数的影响进行了实验验证。
并根据最小二乘法等数据处理方法整理了使用本系统测试的实验数据,对实验数据进行了分析与讨论。
以图表的形式清晰的表述了影响因素的不同带来的变化规律。
实验系统结构合理紧凑、实验精度较高。
通过此次实验，很好的帮助了学生了解换热系数在空气横掠管束时的主要影响因素，对以后的学习以及工作中从事换热方面的研究打下坚实的基础。
关键词：叉排，顺排，换热系数，来流速度目录一.实验原理 (1)1.1管束排列方式对换热系数的影响： (1)1.2来流速度对换热系数的影响： (2)二．实验装置及测量系统 (2)三．实验步骤 (3)四．实验数据计算方法 (4)五．试验结果分析 (6)5.1试验结果处理步骤（以50pa动压顺排方式为例） (6)5.1来流速度对换热系数的影响试验结果分析 (7)5.2管束排列方式对换热系数的影响验结果分析 (9)六.实验优缺点分析 (11)对流换热是传热学中最基本、最重要的研究领域之一，流体横掠管束管束时的对流换热其换热系数除受到管径影响外，还受到管距、管排数和排列方式的影响。
由于相邻圆管的影响，流体在管间的流动截面交叉减少，流体在管间交替加减速，管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加减速的程度，管束排列方式对换热系数h的影响比较明显。
本文将从管束的排列方式、空气来流速度的大小对换热系数的影响方面展开细致的讨论。
一.实验原理1.1管束排列方式对换热系数的影响：流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管距，管排数和排列方式也影响对流传热系数。
由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交叉的减少，流体在管间交替地加速和减速。
管距地大小影响流体流动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。
从第二排起，后排管子受第一排尾部涡流的的影响。
化工原理实验之对流传热实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ化工原理实验报告之传热实验学院学生姓名专业学号年级二Ο一五 年 十一月一、实验目的1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数Ｋ; ２．测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数；3.测定冷空气在不同的流量时,Ｎu 与Re 之间的关系曲线，拟合准数方程。
二、实验原理（1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为m t KA Q ∆=)ln(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆，11t T t -=∆,22t T t -=∆ )(21t t C V Q p -=ρ式中，Q —单位时间内的传热量，W ;A —热蒸汽与冷空气之间的传热面积,2m ,dl A π=; m t ∆—热蒸汽与冷空气之间的平均温差,℃或K K —总传热系数,)℃/(2⋅m W ;d —换热器内管的内直径,d =２0m ｍ l —换热器长度,l ＝1．3m ；V —冷空气流量,s m /3；pC 、ρ—冷空气密度，3/m kg 空气比热，kg J /；21t t 、—冷空气进出换热器的温度，℃； T —热蒸汽的温度,℃。
实验通过测量热蒸汽的流量V,热蒸汽进、出换热器的温度T １和T 2 （由于热蒸汽温度恒定,故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T),冷空气进出换热器的温度t １和ｔ2,即可测定K 。
(2)热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成,其总热阻为:2211111d h d d bd h K m ++=λ 其中,21h h 、—热空气，冷空气的给热系数，)℃/(⋅m W ；21d d d m 、、—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m ； λ—内管材质的导热系数，)℃/(⋅m W 。
在大流量情况下,冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态,h2较大,221d h d 值较小;λ较大,md dλ1值较小，可忽略，即 1h K ≈（３）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为n m C Nu Pr Re '=。
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 。
一、实验目的1. 理解对流传热的基本原理和影响因素。
2. 掌握对流传热系数的测定方法。
3. 通过实验，验证对流传热理论，并分析实验数据。
二、实验原理对流传热是指流体（如气体或液体）在流动过程中，由于流体各部分之间的温度差异而引起的热量传递。
对流传热系数是描述对流传热能力的一个重要参数，其数值越大，对流传热能力越强。
实验中，采用套管换热器作为对流传热的实验装置，以环隙内流动的饱和水蒸汽加热管内空气。
水蒸汽和空气间的传热过程由三个传热环节组成：水蒸汽在管外壁的冷凝传热，管壁的热传导以及管内空气对管内壁的对流传热。
对流传热系数α可以通过以下公式计算：α = (Q/A) / (ΔT/L)其中，Q为管内传热速率，W；A为管内换热面积，m²；ΔT为管内流体进出口温度差，℃；L为管长，m。
三、实验器材1. 套管换热器：内管为紫铜管，外管为不锈钢管。
2. 水蒸汽发生器：用于产生饱和水蒸汽。
3. 空气压缩机：用于产生压缩空气。
4. 温度计：用于测量流体进出口温度。
5. 流量计：用于测量流体流量。
6. 计时器：用于记录实验时间。
四、实验操作（步骤）1. 将套管换热器安装在实验装置上，连接好水蒸汽发生器和空气压缩机。
2. 调节水蒸汽发生器和空气压缩机的参数，确保实验过程中流体流量稳定。
3. 测量并记录流体进出口温度、流量和管长等参数。
4. 开启水蒸汽发生器和空气压缩机，启动实验装置。
5. 在实验过程中，定时测量并记录流体进出口温度、流量和管长等参数。
6. 停止实验，整理实验数据。
五、数据记录与整理根据实验步骤，记录以下数据：1. 管内径di（m）2. 管长Li（m）3. 冷流体（空气）入口温度t1（℃）4. 冷流体（空气）出口温度t2（℃）5. 热流体（水蒸汽）温度（℃）6. 流量（m³/h）7. 时间（min）根据实验数据，计算对流传热系数α：α = (Q/A) / (ΔT/L)其中，Q为管内传热速率，W；A为管内换热面积，m²；ΔT为管内流体进出口温度差，℃；L为管长，m。
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。
实验三 对流给热系数测定实验（空气-水蒸气体系）3.1 实验目的1) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；2）测定空气在圆形直管内强制对流给热系数和换热器总传热系数并随着流量的变化规律；3）掌握热电阻测温方法；4）掌握化工原理实验软件库（VB 实验数据处理软件系统）的使用。
3.2 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，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：V ρC P (t 2－t 1)＝α0A 0(T －T W )m ＝αi A i (t w －t)m （1—15） 式中：V 被加热流体体积流量，m 3/s ； ρ 被加热流体密度，kg/m 3； C P 被加热流体平均比热，J/(kg ·℃)；α0、αi 水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m 2·℃)；t 1、t 2 被加热流体进、出口温度，℃； A 0、A i 内管的外壁、内壁的传热面积，m 2； (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—16）(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 mw -----=- （1—17） 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—17）可得：m P Tw T A t t C V )()(0120--=ρα （1—18）mw P it t A t t C V )()(012--=ρα （1—19） 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A 0或A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、T w2，则可通过式（1 —18）算得实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数α0；通过 式（1 —19）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi 。
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。
![管强制对流传热计算[详解]](https://uimg.taocdn.com/bed1b43f905f804d2b160b4e767f5acfa1c7837a.webp)
4.3.4 管内强制对流传热对于流体在圆形直管内作强制对流传热时，研究表明，Nu数与Pr数和Re数之间存在如图4-18所示的关系。
由图可见，管内强制对流存在三个不同的区域：当Re<2300 时，流体的流动为层流状态，当Re>10000时，流体的流动为旺盛湍流状态，一般认为2300<Re<10000区域得流动为过渡状态，在三个区域内流体的对流传热规律不同。
对于湍流状态的对流传热规律是较容易关联的，过渡状态的对流传热很难关联成一个准确的计算式，而层流状态的强制对流还与自然对流有关，即与Gr数有关。
由于强制对流的流体流动中存在温度差异，必将同时引起附加的自然对流。
当雷诺数较大时，自然对流的影响很小，可以忽略不计。
一般认为时，就可忽略自然对流的影响；当时，则按单纯自然对流处理，介于其间的情况称为混合对流传热。
应当指出，图4-18的对流传热规律是在流动充分发展的情况下的结论。
从第一章可知，当流体由大空间流入一圆管时，流动边界层有一个从零开始增长直到汇合于圆管中心线的过程。
类似地，当流体与管壁之间有热交换时，管内壁上的热边界层也有一个从零开始增长直到汇合于圆管中心线的过程。
通常将流动边界层及热边界层汇合于圆管中心线后的流体流动或对流传热称为已经充分发展的流动或对流传热，从进口到充分发展段之间的区域则称为入口段。
入口段的热边界层较薄，局部对流传热系数比充分发展段的高，随着入口的深入，对流传热系数逐渐降低。
如果边界层中出现湍流，则因湍流的扰动和混合作用会使局部对流传热系数有所提高，再逐渐趋向一定值，上述规律如图4-19所示。
图中为远离入口段得局部对流传热系数渐进值。
对于管内强制对流，实验表明，热入口段的长度lt与管内径d之间存在以下关系层流时管壁上温度恒定（4-71a）管壁上热通量恒定（4-71b）湍流时（或40～60）（4-72）通常，工程上的对流传热主要讨论全管长上的平均对流传热系数。
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 。
对流传热实验实验报告一、实验目的对流传热现象在工业生产和日常生活中广泛存在，深入理解对流传热的原理和规律对于优化传热过程、提高能源利用效率具有重要意义。
本次对流传热实验的主要目的包括：1、测定空气在圆形直管内强制对流传热的表面传热系数，并与经验关联式的计算值进行比较，加深对对流传热基本原理的理解。
2、了解实验设备的结构和工作原理，掌握实验数据的测量和处理方法。
3、观察和分析影响对流传热系数的因素，如流速、温度等。
二、实验原理对流传热是指流体与固体壁面之间的热量传递过程。
在强制对流情况下，流体的流速对传热系数有着显著的影响。
根据牛顿冷却定律，对流传热的热流量＄＼Phi$ 可以表示为：＄＼Phi ＝ hA\Delta T$其中，＄h$ 为表面传热系数，＄A$ 为传热面积，＄＼Delta T$ 为壁面与流体之间的温差。
对于圆形直管内的强制对流传热，表面传热系数可以通过经验关联式计算。
在本次实验中，采用迪图斯贝尔特（DittusBoelter）关联式：＄Nu ＝ 0023Re^｛08}Pr^｛n}＄其中，＄Nu$ 为努塞尔数，＄Re$ 为雷诺数，＄Pr$ 为普朗特数，＄n$ 的取值取决于流体的加热或冷却情况，加热时＄n ＝ 04$，冷却时＄n ＝ 03$。
努塞尔数、雷诺数和普朗特数的定义分别为：＄Nu ＝＼frac{hd}｛k}＄＄Re ＝＼frac{ud\rho}｛＼mu}＄＄Pr ＝＼frac{＼mu C_{p}｝｛k}＄其中，＄d$ 为管道内径，＄k$ 为流体的热导率，＄u$ 为流体流速，＄＼rho$ 为流体密度，＄＼mu$ 为流体动力粘度，＄C_{p}＄为流体定压比热容。
通过测量流体的流速、温度、压力等参数，可以计算出雷诺数、普朗特数和温差，进而求得表面传热系数的实验值。
将实验值与关联式的计算值进行比较，可以验证关联式的准确性，并分析误差产生的原因。
三、实验设备本次实验所使用的对流传热实验装置主要由风机、风道、电加热管、圆形直管、测温热电偶、压差计、流量计等组成，如图 1 所示。
对流传热实验实验报告实验三对流传热实验⼀、实验⽬的1.掌握套管对流传热系数i α的测定⽅法，加深对其概念和影响因素的理解，应⽤线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值；2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定⽅法。
⼆、实验原理㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈对流传热系数i α的测定在该传热实验中，冷⽔⾛内管，热⽔⾛外管。
对流传热系数i α可以根据⽜顿冷却定律，⽤实验来测定iii S t Q ??=α（1）式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热⾯积，m 2；t ?—内壁⾯与流体间的温差，℃。
t ?由下式确定：221t t T t w +-=?（2）式中：t 1，t 2—冷流体的⼊⼝、出⼝温度，℃；T w —壁⾯平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很⼤，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁⾯平均温度近似相等，⽤t w 来表⽰。
管内换热⾯积：i i i L d S π=（3）式中：d i —内管管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：)(12t t Cp W Q m m i -=（4）其中质量流量由下式求得：3600mm m V W ρ=（5）式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ；m Cp —冷流体的定压⽐热，kJ / (kg ·℃)；m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。
m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，221t t t m +=为冷流体进出⼝平均温度。
t 1，t 2，T w ，m V 可采取⼀定的测量⼿段得到。
⒉对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为n m A Nu Pr Re =.（6）其中：i i i d Nu λα=，m m i m d u µρ=Re ，mm m Cp λµ=P r物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m µ可根据定性温度t m 查得。
. . .. . .浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：对流传热系数的测定指导教师：专业班级：姓名：学号：同组学生：实验日期：实验地点：目录一、实验目的和要求 (2)二、实验流程与装置 (2)三、实验容和原理 (2)1.间壁式传热基本原理 (2)2.空气流量的测定 (2)3.空气在传热管对流传热系数的测定 (2)3.1牛顿冷却定律法 (2)3.2近似法 (2)3.3简易Wilson图解法 (2)4.拟合实验准数方程式 (2)5.传热准数经验式 (2)四、操作方法与实验步骤 (2)五、实验数据处理 (2)1.原始数据： (2)2.数据处理 (2)六、实验结果 (2)七、实验思考 (2)一、实验目的和要求1）掌握空气在传热管对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径；2）把测得的数据整理成形式的准数方程，并与教材中公认经验式进行比较；3）了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。
二、实验流程与装置本实验流程图（横管）如下图1所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、只能显示仪表等构成。
空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行换热交换，不凝气或未冷凝蒸汽通过阀门（F3和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。
空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器管，热交换后从风机出口排出。
注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选择，三者必学统一。
图1 横管对流传热系数测定实验装置流程图图中符号说明如下表：符号名称 单位 备注 V空气流量 m 3/h 紫铜管规格Φ19×1.5mm 有效长度1020mm t1空气进口温度 ℃ t2 普通管空气出口温度 ℃三、实验容和原理在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。
实验七 管内强制对流传热膜系数的测定一．实验目的1. 学习用近似法、简易Wilson 法测定空气与管壁传热膜系数的原理；2. 掌握用不同的方式处理实验数据，根据实际结果比较各种处理方法的优缺点；3. 用测定的传热膜系数，整理成努塞尔准数Nu 与雷诺准数Re 之间成n C Nu Re =的形式，并验证实测Nu 的与Re 关系式与公认式n Nu Pr Re 023.08.0=是否一致。
4. 训练运用实验实测的数据拟合成经验公式的能力。
二．实验原理1．流程装置简介（如图1-1所示）本实验装置只要由加热系统、控制系统、调节系统三部分构成。
由电加热器—热电偶—可控硅控制仪组成调节系统；由孔板流量计—压力传感器—电子电位差计—阀门组成的空气流量计测量调节系统；由空气进、出口处的热电偶—自动平衡记录仪组成测温系统。
空气由旋涡机进入风管，经电加热器加热到温度T 1后，进入套管换热器的内管，与环隙的水进行热交换，空气冷却到温度T 2后排出；空气的流量由连有压力传感器的孔板流量计测得，空气流量变化的信号通过压力传感器传送到UJ —36电位计，可读出电位差值，计算出空气的实际流量。
换热器的热空气进套管，换热器的温度由可控硅控仪控制，系统的稳定性由记录仪内的红蓝笔是否走直线来判断。
由于外力的作用，使流体被迫流动而产生传热的现象，称为强制对流传热。
对于空气在圆形直管内，强制对流传热的膜系数1α的测定方法有如下几种：（以空气作热流体，水作冷流体，两流体在套管换热管中作逆流运动，空气的质量流量用孔板流量计配压力传感器，用电位差计测出压力传感器两侧的电势差值而计算得到。
）2.数据处理方法图1-2 简易Wilson 图解法示意图 图1-3 Nu —Re 的关系线方法1、近似法：根据传热速率基本方程式：m t KA Q ∆= ， 即 t A Q K ∆=1 （7） 而总传热系数与对流传热系数之间的关系为：22121112111d d d d R d bd R K s m s αλα++++= （8） 套管换热器壳程走的是水，因水的传热性能非常好，其传热膜系数2α可以达到几千w/m 3•℃，其热阻值221d d α很小。
空气横掠单管强迫对流的换热实验热交换器中广泛使用各种管子作为传热元件，其外侧通常为流体横向掠过管子的强制对流换热方式，因此测定流体横向掠过管子时的平均换热系数是传热中的基本实验.本实验是测定空气横向掠过单圆管时代平均换热系数。
一、实验目的及要求1、了解实验装置,熟悉空气流速及管壁的测量方法,掌握测试仪器、仪表的使用方法。
2、通过对实验数据的综合、整理，掌握强制对流换热实验数据整理的方法。
3、实验测定空气横掠单管时的平均换热系数;了解空气横掠管子时的换热规律。
、 二、实验原理1. 根据牛顿冷却公式：)(f w t t hF Q -= （W ） （6-2—1） 得)(f w t t F Qh -=（W/m2℃） （6-2-2）式中 Q —对流换热的热流，［W]; h -对流换热系数，[W/m2℃]； F —与流体接触的物体表面面积，[m2］； t f —流体平均温度,[℃]； t w —物体表面温度，［℃］。
本实验采用电加热的放热圆管,空气外掠圆管表面，当换热稳定时,测出加热电功率，即可得出对流换热热流Q ,即：Q IU = （W ） （6-2—3)2. 根据对流换热的分析，强制对流稳定时的换热规律可用下列准则关系式来表示:Nu f =(Re,Pr) （6—2-4）对于空气，因温度变化范围不大，上式中的普朗特数Pr 变化很小，可作为常数看待,故式(6-2-4）化简为：Nu f =(Re) (6—2—4a)式中 努谢尔特数 λhDNu =雷诺数νvD=Reh —空气横掠单管时的平均换热系数，[W/m 2℃]；v —空气来流速度，[m/s ］； D —定型尺寸,取管子外径，[m ］； λ—空气的导热系数,［W/m ℃]; ν—空气的运动粘度，［m2/s]。
要通过实验确定空气横掠单圆管时的Nu 与Re 的关系，就需要测定不同流速v及不同管子直径D 时换热系数h 的变化。
因此，本实验中要测量的基本量为管子所处的空气流速v 、空气温度t f 、管子表面温度t w 及管子表面散出的热量Q 。
强迫对流管族管外放热系数实验（六）数 据 整 理工作段和前后测量段的内部横截面积为300mm ×300mm 。
工作段的管束及固定管板可自由更换。
试验管件由两部分组成；单纯翅片管和带翅片的试验简易热管，但外形尺寸是一样的采用顺排排列，翅片管束的几何特点如表4-1所示。
表4-1翅片管内径翅片管外径翅片高度翅片厚度翅片间距横向管间距纵向管间距管排数Di Do H δB P t P l Nmm mm mm mm mm mm mm 2025.59.750.22.775805数据的整理可按下述步骤进行：1．算风速和风量测量截积的风速 孔板流量计流量公式（4-10）ρμ02p AQ V ∆=测其中：μ由 d./D 和Re 决定. 在本例中,由实验台铭牌可得: d=100mm,D=140mm; 若假设充分紊流,可取μ=0.7 计算.= HK.p ∆ρ空气g ∆H 为液柱的变化量, K 为斜面系数,本例中从实验铭牌中读得为0.2.∆风量：Ma= ρ测测V Q ⨯2．空气侧吸热量：Q l =M a C pa (T a2-T a1)（4-⨯⨯11）3．电加热器功率Q 2=I V, 可直接读出⨯4．加热器箱体散热。
因箱体温度很低，散热量小，可由自然对流计算Q 3=αc F b (T ω- T o )⨯⨯此处，αc 为自然对流散热系数，可近似取αc =5w/m 2•℃进行计算；F 箱为箱体散热面积（实测），T ω箱体温度 本例中按出口空气温度计，T o 为环境温度。
5．计算热平衡误差（4-1321)(Q Q Q Q --=∆12）6．计算翅片管束最窄流通截面处的流速和质量流速m/s.kg/m 2·s窄测F Q U V m =ρ⨯=m m U G 7．计算R e 数 R e =μmo G D 8．计算传热系数 ℃∙-⨯∙∙∙=20/)(m w T T L D n Q K a v lπ9．计算管内凝结液膜放热系数 31))(677.93404245623(2--+=i l v v l nD Q T T a 10．计算管壁热阻，翅片管的传热系数)(απT T L D n QK v o -∙∙∙=11． 园筒壁的导热热阻为 i o ww D D R ln21πλ=w iR K --=αα11112．计算λiu aD N =进风T 出风I翅1翅2翅3翅4室内功率液面1液面2注释℃℃℃℃℃℃℃Wmmmm19.519.522.3222221.819.8012237初始状况20.82125.425.824.4242146.515544定风22.122.73232.229.928.822.5101.91594822.723.737.137.33432.523.11521645223.424.742.242.338.236.323.8201.91715823.925.547.247.242.24024.3250.91766224.126.252.151.846.143.224.6301.81816724.426.656.656.649.746.424.9351.91857024.626.849.648.844.342.125.1197.817171定功率24.526.145.144.740.738.625.1197.81807324.625.843.243.139.137.125.2197.818975Qv Vf Ma Q1Q3Q1+Q3不平衡度0000-6.48-6.48无意义0.0510550.5672830.06126712.31458012.31458-2.77601 0.0540610.6006810.06487439.11873 4.3243.43873-1.49446 0.0575980.6399820.06911869.463612.9682.4236-1.00162 0.0622130.6912590.07465697.5380419.44116.978-0.87065 0.065310.7256710.078372126.022925.92151.9429-0.78523 0.0682670.7585230.08192172.893234.56207.4532-0.54569 0.0705430.7838140.084652187.165436.72223.8854-0.683970.0622130.6912590.074656165.064436.72201.78440.024138 0.0676860.7520670.081223130.60721.6152.207-0.34908 0.0727480.8083140.087298105.281312.96118.2413-0.75568Re K Tv al Nu logRe logNu00295.0251461.39632.84609297.948037.0432.83935 3.164768 1.516395 1547.43250.70706303.72535683.7351.59028 3.189612 1.712568 1648.67762.69675308.22530315.8164.56306 3.217135 1.809984 1780.77467.4165312.7526712.7269.77157 3.250609 1.843678 1869.42470.29094317.1524037.3372.97896 3.271708 1.863198 1954.05581.37938321.321862.485.47711 3.290937 1.93185 2019.20875.6831325.32520070.479.05948 3.305181 1.8979541780.77488.50755319.225602.7193.58715 3.250609 1.971216 1937.42583.99453315.27526396.8288.3974 3.287225 1.946439 2082.32473.87292313.62526724.0776.95014 3.318548 1.886209本实验误差较大，误差主要来源于一些几个方面：1，实验过程中时间有限，难以有充裕时间来判断是否达到稳态，这个会对实验结果产生较大影响。
