总传热系数K的测定实验——数据处理

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。

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。

传热实验报告数据处理传热实验报告数据处理引言：传热是热力学中的一个重要概念，研究物体内部或者不同物体之间热量的传递过程。

为了更好地理解传热过程，我们进行了一项传热实验，并对实验数据进行了处理和分析。

本文将详细介绍实验的目的、方法、结果以及数据处理过程。

实验目的：本次实验的目的是研究不同材料的导热性能，并通过实验数据分析来验证传热理论。

实验方法：我们选取了三种不同材料的棒状样品，分别是铜、铝和钢。

首先，将这三种样品置于同一温度下，然后通过一个热源将热量传递到样品上。

在样品的另一端，我们设置了一个温度计，用于测量传热后的温度变化。

为了减小误差，我们对每种材料进行了三次实验。

实验结果：通过实验测量得到的数据如下表所示：材料初始温度（℃）终止温度（℃）传热时间（s）铜 80 60 120铝 80 65 150钢 80 55 180数据处理：首先，我们计算了每个样品的温度变化量，即终止温度减去初始温度。

铜样品的温度变化量为20℃，铝样品为15℃，钢样品为25℃。

接下来，我们使用传热实验中常用的传热公式来计算传热速率。

传热速率可以用以下公式表示：Q = k * A * (T2 - T1) / d其中，Q表示传热速率，k表示导热系数，A表示传热面积，T2和T1分别表示终止温度和初始温度，d表示传热距离。

通过实验数据，我们可以计算出每种材料的导热系数。

假设传热距离为1cm，传热面积为1cm²。

铜样品的传热速率为16.67 W，铝样品为10 W，钢样品为13.89 W。

为了更好地比较不同材料的导热性能，我们计算了它们的热导率。

热导率是导热系数与材料密度的比值。

假设铜的密度为8.96 g/cm³，铝的密度为2.7 g/cm³，钢的密度为7.85 g/cm³。

通过计算，我们得到铜的热导率为1.86 W/(m·K)，铝的热导率为0.74 W/(m·K)，钢的热导率为0.56 W/(m·K)。

实验名称: 传热综合实验测定列管换热器一、实验内容测定列管式换热器的对流传热系数K。

二、实验目的通过测定列管换热器传热数据计算总传热系数K，加深对其概念的理解。

三、实验基本原理（1）传热过程基本原理传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。

由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热量就必然发生从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。

总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。

对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热速率方程式（1-1）计算K值。

传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。

在该方程式中，冷、热流体的温度差△T是传热过程的推动力，它随传热过程冷热流体的温度变化而改变。

传热速率方程式Q=K×S×ΔTm （1-1）所以对于总传热系数K=Cp×W×(T2-T1)/(S×ΔTm)T2(1-2)式中：Q----热量(W)；S----传热面积(m2)；△Tm----冷热流体的平均对数温差(℃)；K----总传热系数(W/(m2·℃))；C P----比热容(J/(Kg·℃))；W----冷流体质量流量(Kg/s)；T2-T1----冷流体进出口温差(℃)。

（2）换热器简介列管式换热器：是固定管板式换热器，它是列管换热器的一种。

它由壳体、管束、管箱、管板、折流挡板、接管件等部分组成。

其结构特点是，两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。

它具有结构简单和造价低廉的优点。

开车前首先检查管路、各种换热器、管件、仪表、流体输送设备是否完好，检查阀门、分析测量点是否灵活好用。

四、实验方法及步骤1.实验准备：检查实验装置处在开车前的准备状态。

2.换热器实验：1）打开总电源开关。

2）打开列管式换热器热流体进口阀和列管式换热器冷流体进口阀。

实验三、总传热系数与对流传热系数的测定一、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、实验原理本实验采用套管式换热器，热流体走管间，为蒸汽冷凝，冷流体走内管，为空气。

该传热过程由水蒸气到不锈钢管外管壁的对流传热、从外管壁到内管壁的传导传热、内管壁到冷水的对流传热三个串联步骤组成。

图1. 传热实验装置流程图1-空气流量调节阀 2-转子流量计 3-蒸汽调节阀 4-蒸汽压力表 5-套管换热器 6-冷凝水排放筒 7-旋塞 8-空气进口温度计 9-空气出口温度计 10-不凝气排放口套管换热器5由不锈钢管（或紫铜管）内管和无缝钢外管组成。

内管的进出口端各装有热电阻温度计一支，用于测量空气的进出口温度。

内管的进、出口端及中间截面外壁表面上，各焊有三对热电偶，型号为WRNK-192。

不锈钢管规格Φ21.25⨯2.75，长1.10米 S=πd o L=0.0734m 2 紫铜管Φ16⨯2，长1.20米 S=πd o L=0.0603m 2 转子流量计（空气，0~20m 3/h ，20℃）数字显示表SWP-C40 此设备的总传热系数可由下式计算：mt S Q K ∆⋅=其中 ()()出进出进t T t T t T t Tt m -----=∆ln式中：Q ——传热速率，W ；S ——传热面积，m 2；S=πd o L;m t ∆——对数平均温度差，℃T ——饱和蒸汽温度，℃，根据饱和蒸汽压力查表求得；出进、t t ——分别为空气进、出口温度，℃。

通过套管换热器间壁的传热速率，即空气通过换热器被加热的速率，用下式求得：()进出t t c m Q p s -⋅⋅=， W其中，C p 应取进、出口平均温度下空气的比热容。

W=V s ⋅ρ，其中ρ为进口温度下空气的密度。

对流传热系数的计算公式为m t S Q ∆⋅⋅=α式中S ─内管的内表面积，m 2；α─空气侧的对流传热系数，W/(m 2⋅︒C)；∆t m ─空气与管壁的对数平均温度差，︒C 。

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。

化工原理 传热综合实验报告 数据处理七、实验数据处理1.蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数K 的测定，并比较冷空气以不同流速u 流过圆形直管时，总传热系数K 的变化。

实验时蒸汽压力：0.04MPa （表压力），查表得蒸汽温度T=109.4℃。

实验装置所用紫铜管的规格162mm mm φ⨯、 1.2l m =，求得紫铜管的外表面积200.010.060318576281.o S d l m m m ππ=⨯⨯=⨯⨯=。

根据24s sV V u A dπ==、0.012d m =，得到流速u ，见下表2： 表2 流速数据取冷空气进、出口温度的算术平均值作为冷空气的平均温度，查得冷空气在不同温度下的比热容p c 、黏度μ、热传导系数λ、密度ρ，如下表3所示：表3 查得的数据t 进/℃ t 出/℃ t 平均/℃()p c J kg ⋅⎡⎤⎣⎦℃ Pa s μ⋅ ()W m λ⋅⎡⎤⎣⎦℃ ()3kg m ρ-⋅ 22.1 77.3 49.7 10050.0000196 0.0283 1.093 24.3 80.9 52.6 1005 0.0000197 0.02851 1.0831 26.3 82.7 54.5 1005 0.0000198 0.02865 1.0765 27.8 83 55.4 1005 0.0000198 0.02872 1.0765 29.9 83.6 56.75 1005 0.0000199 0.02879 1.0699 31.8 83.7 57.75 1005 0.00002 0.02886 1.0666 33.7 83.8 58.75 1005 0.0000200 0.02893 1.0633 35.68459.81005 0.0000201 0.029 1.06根据公式()()=V s p s p Q m c t t c t t ρ=--出进出进、()()ln m T t T t t T t T t ---∆=--进出进出，求出Q序号 ()31sV m h -⋅ ()1u m s -⋅1 2.5 6.1402371072 5 12.280474213 7.5 18.420711324 10 24.560948435 12.5 30.701185536 15 36.841422647 17.5 42.98165975 82049.12189685和m t ∆，0S 已知，由0mQK S t =⋅∆，即可求出蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数K 。

实验四 换热系数K 的测定一、 实验目的1、了解间壁式传热元件的研究和传热系数测定的实验组织方法。

2、掌握借助于热电偶测量进出口温度的方法3、学会传热系数测定的试验数据处理方法4、了解影响传热系数的因素和强化传热的途径二、 实验任务1、在空气－水列管换热器中，测定两个不同水流量时一系列空气流量条件下冷、热流体进出口温度。

2、通过热量衡算方程式和传热速率方程式计算总传热系数的实验值。

三、实验原理间壁式传热装置的传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，它是由热流体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所组成。

在定态条件下，并忽略壁面内外表面的差异，则各环节的热流密度相等，即：ch t t t T T T A Q q w w w w αλδα11-=-=-== 则： 阻力推动力=++-=c h t T q αλδα11 式中 h α1、λδ 、c α1分别为各传热环节对单位传热而言的热阻，工程上通常将其写为Q=KA(T-t)，那么换热系数为：c h K αλδα111++=由于冷流体的温度沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷、热流体温度成线形关系，故将推动力（T －t ）用换热器两端温差的对数平均温差表示，即：Q=KA △t m （1）。

对于一定态双管程列管换热器，热流体走壳程，体积流量为W h ，进口温度为T 1，出口温度为T 2；冷流体走管内，体积流量为W c ，进口温度为t 1，出口温度为t 2，热流体放出的热量等于冷流体得到的热量，即：Q=W c ρC pc (t 2-t 1)= W h ρC ph (T 1-T 2)则，Q=KA △t m ＝ W c ρC pc (t 2-t 1)即：m pc c t A t t C W K ∆-=)(12ρ式中：A 由换热器的结构参数而定，冷流体的体积流量W c 通过流量计测定，热流体进口温度T 1和出口温度T 2，冷流体的进口温度t 1和出口温度t 2，均由温度计测定，C pc 由冷流体的进出口平均温度决定。

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 。

实验七 蒸汽-水总传热系数 K 的测定、实验目的1、 掌握传热系数K 的测定原理；2、 掌握传热系数K 的测定方法及数据处理。

二、实验原理根据传热基本方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速度 温度，即可算出 K (W/(m 2「C ))。

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

Q =W 汽 r 。

式中，W 汽一一冷凝液流量，kg/s ;r ――冷凝液潜热，J/kg 。

A= n I d 夕卜。

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7-1。

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。

本试验使用蒸气一 水套管测定K 值,观察收集汽一水套管数据。

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

Q ,以及各有关的 K=Q A t m.'tm「)—2)t 2 t1InInT「2T」2B图7-1 实验装置流程示意图⑴放水阀⑵电加热器⑶蒸汽发生器⑷加水阀⑸汽包⑹保温层⑺保温测试管⑻收集瓶⑼放水阀⑽裸管测试管（11）放汽阀（12）套管换热器（13）截止阀（14）高位槽（15）溢流口四、实验步骤及注意事项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、打开加热器进水阀，加水至液面计高度的2/3 ;3、将电热棒接上电源，并将调压器从0调至220V，待有蒸气后，再将调压器电压调低（160V-180V）;4、打开套管换热器冷却水进口阀，调节冷却水流量为某一值，一般5〜10L/h ;5、待传热过程达稳定后，分别测量单位时间的冷凝液量、汽温和水温；6、分别记录下表1#、2#、3#、4#、5#对应的温度为套管换热器进水温度如套管内壁温T w、套管外壁温度t w、出水温度t2、套管换热器收集瓶冷凝水温度T以及上表5汽包温度、上表6釜温；7、实验结束，切断加热电源，关闭冷却水阀。