对流传热系数测定实验报告.docx
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对流传热系数测定实验报告
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对流传热系数测定实验报告
篇一：
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
1
2
蒸汽压力
空气压力
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；
3
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。
②对α1的实验数据进行线性回归，求关联式nu=bRem中常数b、m的值。
四、实验原理
1．准数关联
影响对流传热的因素很多，根据因次分析得到的对流传热的准数关联为：
nu=cRemprngrl
式中c、m、n、l为待定参数。
参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。
目前，只能通过实验来确定特定范围的参数。
本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。
因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则gr为常数。
在温度变化不太大的情况下，pr可视为常数。
所以，准数关联式
（1）可写成
nu＝cRem
（1）
（2）
其中：
Re?
du?
?
?
V?
4
d?
nu?
?
d
,50℃时，空气的导热系数?
?
0.02826w/（m.K）?
4
待定参数c和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，对式
（2）取对数，回归求
得直线斜率和截距。
Rem
因此：
?
?
c?
d
2．传热量计算
努塞尔数nu或α1无法直接用实验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。
当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由（3）式计算。
Q＝wecpc（t2－t1）=Vρ1cpc（t2－t1）根据热传递速率
Q＝KsΔtm所以KsΔtm=Vρ1cpc（t2－t1）
（4）（5）
（3）
式中：
Q——换热器的热负荷（即传热速率），kJ／s；we——冷流体的质量流量，kg／s；V——冷流体（空气）的体积流量，m3/s；ρ1一冷流体（空气）的密度，kg／m3；K——换热器总传热系数，w/（m2·℃）；
cpc一一冷流体（空气）的平均比定压热容，kJ/（kg·K）；s——传热面积，m2；
Δtm——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。
空气的流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得。
综合上面各式即可算出传
5
篇二：
化工实验报告-传热系数的测定
太原师范学院
实验报告
experimentationReportofTaiyuanteacherscollege
系部：
化学系年级：
大四课程：
化工实验姓名：
学号：
日期：
20XX/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*△tm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*dm*L，dm为内管
内外径的平均值，L为套管换热器套管的长度）；
△tm为热空气与冷却水间的平均温度差
【△tm=（△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=wgcp（T1-T2）
式中：
wg为空气的质量流量（Kg*s-1）
cp为空气的比热容（KJ*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）。
因冷却水的给热系数a2较大，d1/（a2*d2）值较小；λ值较大，δd1/λdm值也较小，故d1/（a2*d2）和δd1/λdm可略去。
于是，可认为空气在圆管内作强制对流的给热系数a1近似为热空气与冷却水之间的总传热系数，即K=a1。
当热空气在圆形直管中作强制湍流流流动时，传热系数（给热系数）的关联式可写为：
nu=A*Rem*prn
式中：
nu为努赛尔数，表达式为nu=a*d/λ；
Re为雷诺数，表达式为Re=duρ/μpr为普兰特数，表达式为pr=cp*μ/λA为系数；
m、n为雷诺数的指数和普兰特数的指数。
空气的努赛尔数受给热系数a的影响，雷诺数又受空气在管内流速的影响，在很高温度和压力下，普兰特数变化很小，可近似认为它是一个常数，因此，可改写为：
nu=b*Rem式取对数后为Lgnu=Lgb+m*LgRe
当空气流速改变后，它们原有的热平衡关系被打破，数值也随之发生变化，nu亦随Re的改变而改变。
通过实验可测出不同条件下的空气的给热系数a与流速u，就能计算出nu
和Re。
以nu为纵坐标，Re为横坐标，在双对数坐标上作出它们的关系图，关系图的斜率为
截距为Lgb，将求得的b，m值代入式中，即得出给热准数关联式。
三、实验步骤：
1．熟悉实验装置及流程，检查设备，做好操作前的准备工作。
2．全开冷却水阀门，降水通入换热气中；打开鼓风机，打开空气控制阀门，将空气通入实验装置的电加热器中。
3．接通加热器电源，将电压调至，并始终保持电压稳定，当空气被加热后，在套管换热器上的进口温度测量点上显示温度为100-120℃左右（在稳定状态下，3min内热空气温度变化不超过1℃）时，开始在流量计上读取数值。
热流体空气和冷流体冷却水的进、出口温度直接从装置上的各测量点读取。
4.逐渐由大到小调节空气控制阀门，改变空气流量6-8次，每次改变流量后，稳定3-5min后，按步骤3读取相关数据。
5.完成所有数据测量后，将调压器上的电压指示调至零处，切断加热电源；继续通气、通水约5mi后关闭鼓风机，最后关闭冷却水阀门。
四、数据记录及处理
1、实验数据记录
2、实验数据处理
五、误差分析
影响给热系数的主要因素：
（1）液体的状态：
气体、液体、蒸气及传热过程是否有相变化等；
（2）液体的物理性质：
如密度、比热容、粘度及导热系数；（3）液体的流动形态：
层流或湍流；
（4）液体对流的对流状况：
自然对流，强制对流等；（5）传热表面积的形状、位置及大小。
在该实验过程中，空气流量读数时存在误差；进行温度读数时，温度不稳定，使得读数时存在误差；实验是在固定水流量的条件下进行的，但在实验过程中，水流量会出现波动，会对测定结果产生影响。
篇三：
六、对流给热系数测定实验
实验学专班姓指导日
工
原理实验报告
名称：
对流给热系数测定实验院：
化学工程学院业：
化学工程与工艺级：
名：
学号：
教师：
期：
化
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αi；
3、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。
4、掌握热电阻测温的方法。
二、实验原理
1、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：
Vρcp（t2-t1）=αiAi（tw-t）m式中：
V—被加热流体体积流量，m3/s；cp—被加热流体平均比热，J/（kg.℃）；t1、t2—被加热流体进、出口温度，℃；ρ—被加热流体密度，kg/m3；
Ai—内管的外壁、内壁的传热面积，m2；
（tw-t）m—内壁与流体间的对数平均温度差，℃；
（T-Tw）m=[（T1-Tw1）-（T2-Tw2）]/ln[（T1-Tw1）/（T2-Tw2）]式中，T1、T2—蒸汽进、出口温度，℃；
（T-Tw）m—水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃；
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Tw1＝tw1，Tw2＝tw2，即为所测得的该点的壁温。
2、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：
nui=AReimprin
其中：
nui=αi*di/λiRei=ρi*di*ui/μipri=cpi*μi/λi
物性数据λi，cpi，ρi，μi可根据定性温度tm查得。
对于管内被加热的空气，普兰特准数pri变化不大，可以认为为常数，则关联式的形式简化为：
nui=AReimpri0.4
通过实验确定不同流量下的Rei与nui，然后用回归方法确定A和m的值。
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：
ln（nu/pr0.4）=lnA+mlnRe
三、实验装置图与流程
1、实验装置及说明
该装置为套管换热器（见图1），空气走管内，蒸汽走环隙，外管11/2玻璃管，内管为φ25×2mm紫铜管，有效长度为1.2m。
空气进出口温度和壁温分别由铂电阻测量，测壁温的两支铂电阻用导热绝缘胶固定在管外壁，孔板流量计的压差通过压力传感器转换为电信号由表头显示，其单位为kpa。
孔板流量计的孔板d0=20mm。
蒸汽发生器的加热功率为1500w（额定电压220V）。
2、设备及仪器规格
（1）、紫铜管规格：
管径φ20×1.5mm，管长L1000mm
（2）、外套玻璃管规格：
管径φ100×5mm，管长L1000mm（3）、压力表规格：
0~0.1mpa
四、实验步骤
1、打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。
2、打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门，让套管换热器里充有一定量的空气。
3、打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。
4、在做实验前，应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。
具体排除冷凝水的
方法是：
关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走。
5
、刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀门的开度，让蒸汽徐徐流入
换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。
6、当一切准备好后，打开蒸汽进口阀，蒸汽压力调到0.01mpa，并保持蒸汽压力不变。
可通过调节排不凝性气体阀以及蒸汽进口阀来实现。
7、可通过调节空气的进口阀手动调节空气流流量，改变冷流体的流量到一定值，等稳定后记录实验数值；改变不同流量，记录不同流量下的实验数值。
8、记录6组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电源和风机。
9、关闭蒸汽发生器。
五、注意事项
1、一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。
2、刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管内因受热、受压而爆裂。
3、操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02mpa（表压）以下，否则造成玻璃管爆裂和填料损坏。
4、确定各参数时，必须要在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。
六、实验的原始数据记录
已知：
s=πdL=3.14×20×10-3×1000×10-3=0.0628m2
定性温度t=（t1+t2）/2壁温tw=（T1+T2）/2
七、实验数据的处理
1、计算冷空气给热系数α以第
1组为例子：
Q=ρVcp（t2-t1）=1.135×（11/3600）×1005×（62.7-11.8）=177.41w△tm=[（tw-t1）-（tw-t2）]/[ln（tw-t1）/（tw-t2）]=55.83℃
则，α=Q/（A△tm）=177.41/（0.0628×55.83）=50.60w/（m2?
℃）同理可得出其他5组的给热系数α值，如下表：
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