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传热膜系数实验报告

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化工原理实验报告

实验三 传热膜系数测定实验

实验日期：2015年12月30日 班级：

学生姓名： 学号： 同组人：

报告摘要

本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—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强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走内管，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，计算了传热膜系数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（n取0.4），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、 目的及任务

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系式中的系数A和指数m的方法；

3.了解工程上强化传热的措施。

三、基本原理

对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为：pnmGrANuPrRe

对于强制湍流而言。Gr数可忽略，即

nmANuPrRe

本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数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，得到直线方程为

RelglgPrlg4.0mANu

在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点函数值带入方程中，则可得系数A，即

mNuARePr4.0

用图解法，根据实验点确定直线位置有一定人为性。而用最小二乘法回归，可得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能的道道A、m、n。

对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其特征数定义式分别为

duRe，CpPr，dNu

实验中改变空气的流量，以改变Re值。根据定性温度(空气进、出口温度的算数平均值)计算对应的Pr值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu值。

牛顿冷却定律为

Q=αA△tm

式中α——传热膜系数，W/(m2.℃)；

Q——穿热量，W；

A——总传热面积，m2；

△tm ——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，℃。

穿热量可由下式求得

3600/)(3600/)(1212ttcVttWcQpsp

式中W——质量流量，kg/h；

cp——流体的比定压热容，J/(kg.℃)；

t1,t2——流体进、出口温度，℃；

ρ——定性温度下流体密度，kg/m3；

Vs——流体体积流量，m3/h；

空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量Vs与孔板流量计压差△p的关系

式为

Vs=26.2△p0.54

式中△p——孔板流量计压降，kPa；

Vs——空气流量，m3/h。

四． 实验流程示意图

1.设备说明

本实验空气走内管，蒸汽走环隙。内管为黄铜管，其管径为Ф(25×2)mm，有效长度为1.25m。空气进出口温度和壁温分别由铂电阻和热电偶测得。测量空气进出口温度的铂电阻应置于进出管的中心。测量管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁的两端。孔板流量计的压差由压差传感器测得。

实验使用的蒸汽发生器由不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为1.5kW。风机采用XGB型漩涡气泵，最大鸭梨17.50kPa，最大流量100 m3/h。

2.采集系统说明

（1）压力传感器

本实验装置采用ASCOM5320型鸭梨传感器，其测量范围为0—20kPa。

（2）显示仪表

本实验中所有温度和压差均由人工智能仪表读取，测量点分别为：孔板压降，进出口温度，壁温。

3.流程说明

流程图如下：

8

1、风机 2、孔板流量计 3、空气流量调节阀补水口 4、空气入口测温点 5、空气出口测温点

6、水蒸气入口壁温 7、套管换热器 8、放气阀 9、冷凝液回流管

10、蒸汽发生器 11、补水漏斗 12、补水阀 13、排水阀

、

五、 实验操作要点

1.实验开始前，先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮。

2.检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/2—2/3。

3.打开总电源开关。

4.实验开始时，关闭蒸汽发生器补水阀，启动风机，并接通蒸汽发生器的加热电源，打开放气阀。

5.将空气流量控制在某一值。待仪表数值稳定后，记录数据，改变空气流量(10组数据)，重复实验，记录数据。

6.实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场。

六、实验数据处理

1. 原始数据记录如下

3

1 2 4 75

1112

13 10 96

传热膜系数测定原始数据表(直管传热)

d=0.02m,l=1.25m

频率f T进口/℃ T出口/℃ 壁温t1/℃ 壁温t2/℃ △p孔/kpa △p管/kpa

50 35.6 64.1 101.1 100.1 4.25

46 36.4 65 101 100.1 3.63

42 35.7 65.1 101 100.2 3.04

38 34.3 64.8 101 100.2 2.51

34 32.9 64.4 101.3 100.3 2.03

30 29.7 64.3 101.1 100.4 1.57 1.91

25 27.9 64.2 101.1 100.4 1.09 1.34

20 26.8 64.6 101 100.4 0.71 0.86

15 25.8 65.2 100.9 100.4 0.4

0.54

传热膜系数测定原始数据表（加混合器）

频率f T进口/℃ T出口/℃ 壁温t1/℃ 壁温t2/℃ △p孔/kpa △p管/kpa

50 37.4 79.2 101 100.1 1.66

45 38.9 80.4 101.1 100.1 1.35

40 38.7 80.9 101.1 100.2 1.08

35 37.5 81.2 101.1 100.3 0.83

30 35.9 81.5 101.1 100.3 0.62

25 34.1 81.8 101 100.3 0.43

20 32.4 82.3 101.1 100.4 0.26 1.82

15 30.5 83 101.1 100.5 0.15 1.04

2．数据处理

传热膜系数测定计算数据表（物性计算）

Cp=1005J/(Kg.K) d=0.02m,l=1.25m

热导率 定性温度 密度 黏度 流量

λ（W/m.K) Δtm/℃ ρ（kg/m3） μ（Pa.s） qv（m3/h）

0.0282019 49.85 1.1469 1.9593E-05 57.23099725

0.0282648 50.70 1.1441 1.9635E-05 52.55945688

0.0282426 50.40 1.14655 0.00001962 47.75875826

0.0281797 49.55 1.15145 1.9578E-05 43.06506439

0.0281131 48.65 1.15635 1.9533E-05 38.40158516

0.027991 47.00 1.16755 0.00001945 33.42620741

0.0279207 46.05 1.17385 1.9403E-05 27.44805658

0.0278948 45.70 1.1777 1.9385E-05 21.77613497

0.02788 45.50 1.1812 1.9375E-05 15.97400024

传热膜系数测定计算数据表（准数计算）

传热系数相关计算（以第一组数据为例）：

空气定性温度：t=2tt21=85.4921.646.35

流量计算: qv=23099725.5725.42.262.2654.054.0Pm3/h

空气密度计算：ρ=6.350035.02715.10035.02715.1t1.1469kg/m3

空气粘度计算：

µ=555109593.110)85.49005.071.1(10)005.071.1(tPa.s

空气导热系数计算：λ=

0282019.010)85.490074.04513.2(10)0074.04513.2(22t

W/m.K

对数平均温差计算:

△tm=85.49)1.641.1016.351.101ln()1.641.101()6.351.101()ln()()(22112211WWWWWWWWtTtTtTtT℃

传热系数:

1-2-1m134.98W360085.9425.102.014.357.2310051.1469CtdlqCtAqCmVPmVP流速 u63.5002.014.357.234422dqVm/s 流速 对数平均推动力 传热膜系数 Nu Re Pr Nu/Pr0.4

u（m/s） ΔTm α

50.628978 49.287322 134.9772 95.72206059 59274.08487 0.698196309 110.51495

46.496335 48.359603 126.47132 89.49033723 54185.33911 0.698153711 103.32269

42.249432 48.64762 117.68623 83.33951784 49379.29316 0.698168724 96.220327

38.097191 49.408586 108.85829 77.26007632 44813.69966 0.69821139 89.199077

33.971678 50.416086 98.667424 70.19320132 40223.37152 0.698256774 81.038051

29.570247 51.759151 92.778095 66.29137575 35501.02014 0.698340538 76.529721

24.28172 52.546645 79.155254 56.70004953 29380.85022 0.698389098 65.455246

19.264097 52.688177 65.43167 46.9131667 23407.09491 0.698407051 54.156589

14.131281 52.654188 50.210475 36.01899198 17230.31672 0.698417324 41.580102

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实验四传热系数测定实验

实验四传热系数测定实验

实验四 传热系数测定实验

1．实验目的

（1）观察水蒸汽在水平管外壁上的冷凝现象；

（2）测定空气－水蒸汽在套管换热器中的总传热系数；

（3）测定空气在圆形直管内强制对流时的传热膜系数及其与雷诺数Re的关系。

2．基本原理

在套管换热器中，环隙通以水蒸汽，内管管内通以空气，水蒸汽冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下热量衡算关系式（忽略热损失）：

mWiimiipttStSKttCVQ12

由此可得总传热系数 miPitSttCVK)(12

空气在管内的对流传热系数（传热膜系数） mwiPittSttCV)()(12

上式中 Q：传热速率，w；

V：空气体积流量（以进口状态计），m3/s；

ρ： 空气密度（以进口状态计），kg/m3；

CP ：空气平均比热，J/(kg·℃)；

Ki ：以内管内表面积计的总传热系数，W/(m2·℃)；

αi ： 空气对内管内壁的对流传热系数，W/(m2·℃)；

t1、t2 ：空气进、出口温度，℃；

Si ：内管内壁传热面积，m2；

Δtm ：水蒸气与空气间的对数平均温度差，℃；

2121ln)()(tTtTtTtTtm T：蒸汽温度（取进、出口温度相同），℃。

(tw－t)m ：空气与内管内壁间的对数平均温度差，℃；

22112211ln)()()(ttttttttttwwwwmw tw1、tw2 ：内管内壁上进、出口温度，℃。

对流给热系数测定实验

对流给热系数测定实验

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)

空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案

空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案

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=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

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 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 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。

换热器的操作及传热系数的测定实验报告

换热器的操作及传热系数的测定实验报告

- 1 - 换热器的操作及传热系数的测定实验报告

换热器是一种用于传递热量的设备，常用于工业生产中的加热、冷却和废热利用等方面。换热器的基本结构包括热交换管路、壳体、传热管束、挂板、密封装置、支撑装置、进出口法兰等部分。

换热器的工作原理是通过将两种流体分别在管束和壳体中流动，使它们在壳体内接触并交换热量，从而达到加热或冷却的目的。其中一种流体在管束内流动，称为管束流体；另一种流体在壳体内流动，称为壳体流体。管束流体和壳体流体之间的热量传递是通过管壁进行的。

2.换热器传热系数的测量方法和计算公式

换热器传热系数是评价换热器传热性能的重要指标，它是指单位面积换热器传递的热量与传热面积和传热温差的比值。传热系数的测量方法主要有实测法、计算法和综合法，其中实测法是最常用的一种方法。

实测法的基本思路是通过实验来测定换热器的传热系数。具体测量步骤如下：

(1)将待测流体进入传热侧管束，另一侧进入冷却水，调节流量和温度，使达到稳定状态；

(2)测量进出口流量和温度，根据能量守恒原理计算出管束流体的热量传递量；

(3)根据壳侧冷却水的温升和流量，计算出壳侧的热量传递量；

(4)根据了解的流体物理性质和实验数据，计算出传热系数。 - 2 - 传热系数的计算公式如下：

α = Q/(SΔT)

其中，α为传热系数，单位为W/(m2·K)；

Q为单位时间内传递的热量，单位为W；

S为传热面积，单位为m2；

ΔT为传热温差，单位为K。

三、实验设备和材料

1.换热器

2.温度计

3.流量计

4.水泵

5.电源

6.水槽

7.热交换介质

8.计算机

四、实验步骤

1.准备工作

(1)检查实验设备是否完好无损，如有损坏应及时修理；