化工基础实验 套管式液—液热交换实验
化工基础实验报告
化工基础实验报告化工基础实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过化工基础实验，加深对化工原理的理解，并掌握一些基本实验操作技巧。
二、实验原理本次实验主要涉及以下几个方面的实验原理：1. 分离技术分离技术是化工过程中常用的一种操作，它通过不同物质的物理或化学性质的差异，将混合物中的组分分离出来。
常用的分离技术包括蒸馏、萃取、结晶、过滤等。
2. 化学反应化学反应是化工过程中的核心环节之一。
通过不同物质之间的化学反应，可以得到所需的产物。
常见的化学反应有酸碱中和反应、氧化还原反应等。
3. 实验安全化工实验中，安全是非常重要的一环。
实验者需要掌握实验室的安全规范，正确使用实验器材，避免发生意外事故。
三、实验步骤1. 实验准备首先，将所需的实验器材准备齐全，包括试管、烧杯、量筒等。
同时，需要准备好实验所需的化学试剂，并按照实验要求进行配制。
2. 实验操作根据实验要求，进行相应的实验操作。
例如，可以进行酸碱中和反应实验，将一定量的酸溶液与碱溶液混合，观察反应过程中的变化，并记录实验结果。
3. 数据处理实验结束后，需要对实验数据进行处理。
可以通过计算、绘图等方式，对实验结果进行分析和总结。
四、实验结果根据实验步骤的操作和数据处理，得到了实验结果。
以酸碱中和反应实验为例，实验结果可以是溶液的酸碱度的变化情况、反应产物的生成情况等。
五、实验讨论在实验讨论部分，可以对实验结果进行分析和讨论。
例如，可以探讨实验中的误差来源、实验结果与理论预期的差异等，并提出改进实验的建议。
六、实验结论通过本次化工基础实验，我们加深了对化工原理的理解，并掌握了一些基本实验操作技巧。
同时，我们也得到了实验结果，并对实验结果进行了讨论和分析。
七、实验心得通过参与化工基础实验，我深刻体会到了实验操作的重要性，同时也认识到了实验安全的重要性。
在今后的学习和工作中，我将更加注重实验操作的细节，提高实验操作的准确性和安全性。
八、参考文献[1] 张三. 化工实验技术与应用[M]. 化学工业出版社, 2010.[2] 李四. 化工实验操作手册[M]. 化学工业出版社, 2015.以上为本次化工基础实验报告的主要内容。
套管气液传热实验原理及要求
套管换热器操作及传热系数的测定一、实验目的：(1)了解换热器的结构，(2)掌握换热器主要性能指标的标定方法；(3)学会换热器的操作方法。
二、基本原理：在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却或加热。
这种传热过程系冷、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三个传热子过程所组成。
从间壁式传热设备的应用来讲，是希望知道整个传热过程的传热效率，但从间壁式传热设备的研究来讲，直接研究整个传热过程存在两方面的困难：（1）影响传热过程的参数极多，实验工作量和数据处理量极大；（2）固体壁面两侧冷、热流体类型的组合变化多。
为降低研究的难度，采用过程分解与合成方法进行处理。
将传热过程分解为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三个传热子过程，分别将子过程的传热规律研究清楚后，再按一定的规律合成为完整的传热大过程。
在研究传热子过程时，影响传热过程的参数明显减少，减轻了工作量；同时，固体壁面两侧冷、热流体的类型可任意组合，只须按一定的规律合成即可，大大方便了实际应用。
但须注意：采用过程分解与合成方法分解工程实际问题的充要条件是，必须首先充分了解预定各子过程之间的界面情况，以便日后顺利合成各子过程。
研究对流传热分系数是过程分解的结果。
但由于对流传热过程仍十分复杂，影响因素较多，目前尚不能通过解析法得到给热系数的定量关系式。
目前仍须由实验研究来获得各影响因素与对流传热分系数间的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素经无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方程。
并以此为基础组织实验，经过数据处理得到相应的关系式。
现以不发生相变的流体和与固体壁面间的对流传热为例，其影响因素为：（1） 固体壁面的特征尺寸：l（2） 流体的物理性质：λμρ,,,p c（3） 强制对流的流速：u（4） 产生自然对流的升力，此升力可由T g ∆β表征，故：),,,,,,(T g u c l f p ∆=βλμρα经无因次处理，得：3210a r a r a e u G P R a N = 式中： λαl N u = 为努塞尔（Nusselt ）准数，描述对流传热的大小；μρu l R e = 为雷诺（Reynolds ）准数，描述流体流动的状态；λμp r c P = 为普朗特（Prandtl ）准数，描述流体的物性； 223μρβTl g G r ∆= 为格拉斯霍夫（Grashof ）准数，描述自然对流的运动状态。
化工基础实验(教案)
化工基础实验(教案)第一章：化工实验基本原理与安全1.1 实验基本原理介绍化工实验的基本原理，包括化学反应、物质分离与纯化、数据分析等。
1.2 实验安全知识讲解化工实验的安全知识，包括个人防护装备的使用、化学品的安全储存与处理、实验室事故应急预案等。
第二章：实验基本操作技术2.1 实验仪器与设备的使用介绍实验室常用的仪器与设备，如显微镜、天平、滴定管等，并讲解其正确使用方法。
2.2 实验基本操作技术讲解实验基本操作技术，包括溶液的配制、滴定、蒸馏、萃取等。
第三章：溶液的配制与分析3.1 溶液的配制介绍溶液的配制方法，包括准确称量、溶解、过滤等步骤。
3.2 溶液的分析讲解溶液的分析方法，包括滴定、光谱分析、色谱分析等。
第四章：化工实验数据处理与分析4.1 实验数据的收集与记录介绍实验数据的收集与记录方法，包括实验现象的观察、数据的准确记录等。
4.2 实验数据的处理与分析讲解实验数据的处理与分析方法，包括误差分析、数据拟合、图表绘制等。
第五章：典型化工实验操作5.1 实验一：酸碱滴定介绍酸碱滴定的实验目的、原理和方法，并讲解实验步骤与操作技巧。
5.2 实验二：溶液的蒸馏与分馏介绍溶液的蒸馏与分馏的实验目的、原理和方法，并讲解实验步骤与操作技巧。
5.3 实验三：萃取与分配系数测定介绍萃取与分配系数测定的实验目的、原理和方法，并讲解实验步骤与操作技巧。
5.4 实验四：化学反应速率测定介绍化学反应速率测定的实验目的、原理和方法，并讲解实验步骤与操作技巧。
5.5 实验五：物质的溶解度与平衡常数测定介绍物质的溶解度与平衡常数测定的实验目的、原理和方法，并讲解实验步骤与操作技巧。
第六章：实验六：气体的收集与分析6.1 实验目的学习气体的收集方法，理解气体的物理性质，掌握气体的分析技巧。
6.2 实验原理介绍气体的收集方法，如排水法、排空气法等，讲解气体的分析原理，如气相色谱法、红外光谱法等。
6.3 实验步骤与操作技巧详细讲解实验步骤，包括气体的制备、收集、分析等，指导学生掌握操作技巧，注意安全防护。
实验5 套管换热器液——液热交换系数及膜系数的测定
(2) K计算值（以管外表面积为基准）
1 K计
do di
1
i
do di
Ri
di dm
b
Ro
1
o
式中： Ri，R0——管内外污垢热阻，可忽略不计。 λ——铜导热系数380 [W/m2·K]
由于污垢热阻可忽略，铜管管壁热阻也可忽略（铜导热系数很
大且铜不厚，若同学有兴趣完全可以计算出来此项比较），上式可
VA02或VA03全开。加热启动时，必须保证VA04或 VA05全开。
TI01—风机出口气温（校正用）；TI12—光滑管进气温度；TI22— 螺纹管进气温度；TI13—光滑管进口截面壁温；TI23—螺纹管进口截面 壁温；TI14—光滑管出气温度；TI24—螺纹管出气温度；TI15—光滑管 出口截面壁温；TI25—螺纹管出口截面壁温；TI06—蒸汽发生器内水温 =管外蒸汽温度；VA01-放空阀；VA02-螺纹管冷空气进口阀；VA03-光 滑管冷空气进口阀；VA04—螺纹管蒸汽进口阀；VA05-光滑管蒸汽进口 阀；VA06-加水口阀；VA07液封排水口阀门；VA08-蒸汽发生器排水口 阀门；VA09-空气流量调节阀
t定
t6
tW 2
tW
t3 t5 2
t t6 tW
3.总传热系数K的测定
(1) K实际值
已知管内热负荷Ф，总传热方程：Ф=K0A0Δtm
Ф K0 A0 tm
式中：A0—管外表面积 A=d0πL [m2]
Δtm—管外平均温度差
t m
Δ tA Δ tB ln(Δ tA / Δ tB)
tA t6 t3 tB t6 t5
2.流程说明
本装置主体套管换热器内为一根紫铜管，外套管为不锈钢管。两端法兰连接， 外套管设置有两对视镜，方便观察管内蒸汽冷凝情况。管内铜管测点间有效长度 1000mm。下套管换热器内有弹簧螺纹，作为管内强化传热与上光滑管内无强化传 热进行比较。
液液交换化工原理实验报1
K－以传热面积A为基准的总给热系数，W / (m2∙℃)；
－冷热流体的对数平均温差，℃；
热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—2）计算，
（4－2）
列管换热器的换热面积可由式（4—3）算得，
（4—3）
其中，d为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d取列管内径），L为列管长度，n为列管根数，以上参数取决于列管的设计，详见下文附表。
笑嘻嘻笑嘻嘻小实验报告
年月日
实验名称
水－水列管换热实验
姓名
同组者
1．测定列管式换热器的总传热系数。
2．考察流体流速对总传热系数的影响。
3．比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。
在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程由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所组成。
四.操作步骤
1.打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。
2.启动热流体水泵，再调节阀门到适合的实验流量。（一般取热流体流量500~600 L/h，整个实验过程中保持恒定。）
3.待液体有回流后开启加热开关，调节加热，使加热电压到一恒定值。（一般调加热电压为90％）
Байду номын сангаас4.待热流体在恒定流量下的进口温度相对不变后，可启动冷流体水泵。
5.若选择逆流换热过程，则将控制面板上温度切换显示开关调至逆流状态，打开冷流体进出管路上对应逆流流程的两个阀门。
6.然后以冷流体流量作为实验的主变量，调节水泵出口阀门，从600~1200 L/h流量范围内，选取5个点作为工作点进行实验数据的测定。
实验五--套管换热器传热实验
实验五--套管换热器传热实验
管式换热器的一种。
套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。
两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。
这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。
①结构简单，传热面积增减自如。
因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外加工。
②传热效能高。
它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此它的传热效果好。
液-液换热时，传热系数为870～1750W/
（m2·℃）。
这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。
套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。
③结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数，是单位传热面的金属消耗量大，为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。
④可以根据安装位置任意改变形态，利于安装。
上海求育QY-RG44套管换热器传热实验装置数字型通过实验验证圆形直管内强制对流传热的经验关联式(Dittus-Boelter关联
式）。
测定管外蒸气冷凝给热系数与总传热系数，与管内给热系数比较。
测定螺纹管强化传热系数，与光滑管比较。
观察分析管外蒸气冷凝状况,区別滴状冷凝和膜状冷凝。
冷凝液可循环回收，最大程度得减少蒸汽发生器补充蒸馏水的量。
化工液液实验传热报告
一. 实验目的1.测定流体在套管换热器对流传热系数αi2.加深对对流传热的概念和影响因素的理解3.确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数A、m的值二. 实验装置三. 实验步骤(1) 向电加热箱加水，并通电加热。
(2) 检查流量计流量调节阀是否关闭。
(3) 启动离心泵改变流量调节阀开度。
稳定后测定流量、热水进出口温度、冷水进出、管外壁面平均温度。
测定5～6组实验数据。
(4) 实验结束. 关闭加热器开关。
四. 实验注意事项：1．检查加热箱中的水位是否在正常范围内。
进行实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
五.试验结果：1.已知数据及有关常数:(1)传热管内径di (mm)及流通断面积 F(m2).di ＝18.00(ｍｍ),＝0.018 (ｍ);F ＝π(di2)／4＝3.142×(0.018) 2／4＝0.0002545（m2）. (2)传热管有效长度 L(ｍ)及传热面积si(m2). L ＝1.00ｍ) Si ＝πL di ＝3.142×1.00×0.0180＝0.05656(m2). (3)定性温度at(℃)取t 值为空气进口温度T1(℃)及出口温度T2 (℃)的平均值, 即at=（T1+T2）/2(4)水在定性温度下的性质计算方法，取水在50℃和60℃的物性作以温度T 为变量的一次函数，然后将定性温度代入而求得，参考公式： 密度： ρ= -0.5t + 1013.1 导热系数：λ = 0.11t + 59.3 黏度： μ = -7.95t + 946.9(5)热量衡算式：Q=（V*Cp*ρ*dT ）/3600式中：V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； 对流传热系数: ()i m i i s t Q ⨯∆=/α （W/m 2·℃） 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； mi t ∆—传热膜温差，℃。
液-液热交换总传热系数和膜系数-模板
液-液热交换总传热系数和膜系数的测定一、实验内容：1、测定液液热交换过程的总传热系数2、测定流体在水平管内作强制湍流时的对流传热膜系数3、根据实验数据统计估计传热膜系数准数关联式中的参数二、实验基数1 •实验设备参数(1)内管(铜管)外径d o = 0.012m 内径d i = 0.008m：:. 2 2内管横载面积S d i-0.00005027m4内管测试长度I =1m(2)外管(玻璃管)外径D。
= 0.02m 内径D = 0.016m(3)环隙横截面A(D i2 -d O2) = 0.00008792m24(4)内管内壁横截面A w二d「：l = 0.02513m2(5)内管外壁横截面A w=d。
二I =0.03770m2A + A 2(6)平均热交换面积A w w = 0.03142m22、实验操作参数冷水流量V =450L/h冷水温度20 C三、实验数据湖州师范学院化工原理实验报告1. 实验测得数据可参考如下表格进行记录2. 实验数据整理(1)管内热水平均温度T m」T2 ,例如，序号1的T m^ 54.8 452=50 C以2 2此类推，求出各序号的平均温度，以平均温度查相应的J(kg/m3)，」(PaS)，C p(j/kg °c), ■ (W /m °c)o实验序号 1 2 3 4 5 6 7管内热水平均温度c50.6 50.6 50.4 50.1 49.4 48.4 46.1 管内热水的密度P(kg/m3)987.8 987.8 987.9 988.0 988.3 989 . 3 989 . 8管内热水的粘度^(10^PaS)5. 35 5. 35 5. 46 5. 49 5 . 55 5 . 65 5 . 87管内热水的比热容C p(103j/kg C)4. 184 4. 184 4. 184 4. 183 4 . 183 4 . 183 4 . 182管内热水的导热系数Z(W /m C)0. 649 0. 649 0. 648 0 . 648 0 . 647 0 . 646 0 . 643 (2根据各序号的流量求出各内管管内流速，根据对应的u , r,d求出管内c ”卩V雷诺数Re,普朗特准数，Pr p一，例如u s九SV S 6.67 10u1- 1.33m/ s,S 0.00005027列表J10.008 1.33 988.15.49 10*= 1.909 104,Pr1 P1 4.183 1035.49 10,0.648 二3.55Q 1Tm CpB -T 2) =6.59 10 经 4.183 103 (54.8 - 45.2) = 2647WQ 二wC p (T i -T 2)，②求出各序号冷热水平均温度差■■=Tm ，热水与壁面间的平均温度差-T1 — Ti - ti-T2 — T2 -1?T i - AT? 1汀1InT ?当 ¥_2时，订m J Tl "2当*二T1-T wi =T2 =T2_T W2当#一2时'％可-汀2lT 1In汀2_ 2二 54.8 - 25 = 29.8 T 2 二 45.2 -17.8 二 27.4•%2热水与壁温间，29 8 +27 4298 274=28.6 ^T 1一T w1 =54.8-37.9 =16.9T 2'二 T 2-T w2二 45.2 - 32.7 二 12.516.9 12.52= 14.7K 1m s C p IAT mQ _ 2647 A ：T m0.03142 28.6-2946(3)①根据各序号的质量流量，管内进出口温度,C p 求出各内管传热速率 Q ，列表实 验序 号 流体间温度差 流体与壁面温 度差传热速率总传热系数 对流传热 系数努塞尔特 准数叽CQ (WKa Nu1 28.55 7.15 370 412 2057 25.4 2 28.05 7.35 385 437 2087 25.73 27.75 7.35 380 435 2056 25.4 4 27.4 7.6 348 404 1823 22.5 5 26.85 7.95 359 425 1796 22.2 625.7 8.6 290 359 1341 16.6 723.48.320728299212.33. 实验结果(1)对流传热系数根据量纲分析法得 Nu =cRe m Pr n ，取对数lg Nu =mlg Re • A ，其中A = lgcPr n ， 设y = lgNu ， x = lg Re ，则可作直线 y = mx • A ，求出斜率k = m ， Pr 变化不大， 可设为定值，取 n =0.3，在获得A 值的情况下，求得 c ，这样就获得了求:的经验公 式。
实验五 液—液热交换的总传热系数及膜系数的测定
实验四 液—液热交换总传热系数及膜系数的测定一、实验目的在工业生产和实验研究中，常遇到两种液体进行热交换，来达到加热或者冷却 之目的。
为了强化热量传递过程，往往需要将流体进行强制流动。
对于在强制对流下进行的液一液热交换，曾有不少学者进行过研究，并取得了不少求算流体传热膜系数的关联式。
每一个关联式都是在特定的条件下，由大量实验数据归纳而成。
对于新的物系或者新的设备，仍需要通过实验来取得传热系数的数据及其计算式 。
本实验利用套管热器实验装置，测定液—液热交换的总传热系数，以及流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数。
希望通过本实验，对这种传热过程的实验研究方法有所了解，在实验技能上受到一定的训练，并加深对流体传热基本原理的理解。
二、实验原理1、总传热系数K 的测定冷热流体通过固体间壁所进行的热交换过程由给热—导热—给热三部分组成。
单位时间内热流体向冷流体传递热量，可由总的传热速率方程式及热量衡算方程表示：)/()()(12,,21,,s J t t c q T T c q t A K c p c m h p h m m -=-=∆⋅⋅=Φ （4—1）或 )/(22s J t A K m ∆⋅⋅=Φ （4—2）式中：Φ——传热速率，J/s ；A ——固体壁面积，即热交换面积，m 2； A ——管的外表面积，m 2； K ——传热系数，W·m -2·K -1；K 2——基于管外表面的传热系数，W·m -2·K -1；m t ∆——两种流体的平均温度差，K 。
c m h m q q ,,,——分别为热流体和冷流体的质量流量，kg·s -1；c p ，h ，c p ，c ——分别为热流体和冷流体的定性温度时的比热容，J·kg -1·K -1；T 1，T 2——分别为热流体进口温度、出口温度，K ； t 1，t 2——分别为冷流体出口温度、进口温度，K ；2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ （4—3） 21,t t ∆∆——分别为热交换器两端冷热流体的温度差，K 。
CEA-H01型 (立式)套管换热器液-液热交换
CEA-H01型套管换热器液-液热交换实验仪实验说明书一、用途与特点CEA－H01型套管换热器液－液热交换实验仪器合于设有化学、应用化学、化工和轻工等专业的各类学校，供实验室教学实验之用。
这套仪器为最新设计的化工实验装置，具有箱式整体结构，美观轻巧，性能可靠和安装，使用方便等特点适合学生分组实验。
根据学校使用特点，本仪器的热水循环泵采用全封闭磁驱动式设备，保证不锈不漏，随时可灵活启动。
循环水槽装有可控硅恒温控制系统。
控温灵敏度高，性能可靠。
本仪器可供实验的主要内容：（1）测定液－液热交换过程的总传热系数。
（2）测定流体在水平圆管内作强制湍流时的传热膜系数。
（3）根据实验数据统计估计传热膜系数准数关联式中的参数。
二、技术指标（1）外形尺寸：1500mm（W）×350mm（D）×1600mm（H）（2）流量范围：热水16—320L·h1-冷水450 L·h1-（3）热水温度：0—60±0.1℃（4）最大功率：不小于6KW三、主要设备及其规格（1）套管换热器1台内管：Ф12×1.5mm L＝1300（钢管）套管：Ф20×2.0mm L＝1100mm（UPVC）保温管：Ф50×2mm L＝1100mm（不锈钢管）测试段长度：1000mm （2）恒温循环水槽不锈钢水槽尺寸：850mm（W）×270mm（D）×250mm（H）电热功率：6KW恒温范围与精度：0—60±0.1℃（3）循环水泵（不锈钢、无泄漏、耐腐蚀全封闭式）：1台流量：50L·min1-扬程：8mH2O（4）高位稳压水槽（透明有机玻璃制）1台外形尺寸：Ф150mm×200mm（H）（5）转子流量计（二只并联测热水流量用）型号：LZB－10 量程：16—160L·h1-（6）控温与测温系统1套铜－康铜热电偶6只数字电压表0－20mV±10μV四、装置流程与使用方法本实验仪器主要由套管换热器、恒温水槽、高位稳压水槽以及一系列控制和测量仪表所组成，其流程如下图所示。
化工基础实验 套管式液—液热交换实验
(T1
T2 )
（6 4）
A Tm
由(6-1)和(6-3)两式联立求解，可得传热膜系数的计算式：
'
qM'
'
C p
(T1
T2 )
Aw1 T 'm
（6 5）
当0.5
(T1 (T2
Tw1) Tw2 )
2时，Tm '
(T1
Tw1) (T2 Tw2 ) ln (T1 Tw1)
(T1
Tw1)
实验六 套管式液-液热交换实验
化工组
预习复习系统
• 实验目的 • 实验原理 • 实验内容• 实验装置图 • 实验数据记录 • 思考题
一、实验目的和内容
• 了解套管式液-液热交换原理； • 掌握套管式液-液热交换实验的操作步骤； • 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流
体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数； • 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流
体在圆管内作强制湍流时的总传热系数； • 建立求算传热系数的关联式以及实验数据的回归；
建立计算传热系数的数学模型并进行数值计算； • 将模拟计算值与实验数据进行比较。
二、实验原理
若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管间流过， 设备两端点上的温度如图所示：
则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量，可由流体的 热量衡算方程来表示：
流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因 素之间的关联式
f (l, d,u, , ,Cp , , g, t)
可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式：
Nu b Re m Pr （ n 强制对流）
（6 6）
式中： Nu d
实验五 套管换热器液
实验五 套管换热器液-液热交换系数及膜系数的测定一、实验目的在工业生产或实验研究中，常遇到两种流体进行热量交换，来达到加热或冷却之目的。
为了加速热量传递过程，往往需要将流体进行强制流动。
对于在强制对流下进行的液一液热交换过程，曾有不少学者进行过研究，并取得了不少求算传热膜系数的关联式。
这些研究结果都是在实验基础上取得的。
对于新的物系或者新的设备，仍需要通过实验来取得传热系数的数据及其计算式。
本实验的目的，是测定在套管换热器中进行的液一液热交换过程的总传热系数。
流体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数，以及确立求算传热系数的关联式。
同时希望通过本实验，对传热过程的实验研究方法有所了解，在实验技能上受到一定的训练，并对传热基本原理加深理解。
二、实验原理冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁面的一侧传向另一侧，最后由壁面把热量传给冷流体。
换言之，热交换过程即为给热-导热-给热三个串联过程组成。
若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端试点上的温度如图所示，则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量，可由热流体的热量衡算方程来表示：12()s p Q m C T T =-J/s (1)就整个热交换而言，由传热速率基本方程经过数学处理，可得计算式为m Q KA T =∆J/s (2)式中：Q -传热速率，J/s 或W ； m s -热流体质量流率Kg/S ；Cp-热流体的平均比热容，J/（Kg ?K ）； T -热流体的温度，K ； T ’-冷流体的温度，K ；T w -固体壁面温度，K ；K -传热总系数，W/（m 2?K ）； A -热交换面积，m ’ΔT m 一两流体间的平均温度差，K ．(符号下标1和2分别表示热交换器两端的数值)若ΔT 1，和ΔT 2：分别为热交换器两端冷热流体之间的温度差，即'111T T T ∆=- (3) '222T T T ∆=-(4)则平均温度差可按下式计算：1212ln m T T T T T ∆-∆∆=∆∆(5)由(1)和(2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式：12()s p mm C T T K A T -=∆(6)就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为：''11()()W m W m Q A T T A T T αα=-=∆- (7)根据热交换两端的边界条件，经数学推导，同理可得管内给热过程的给热速率计算式：'1W mQ A T α=∆ (8)式中：α1与α2-分别表示固体壁两侧的传热膜系数，W/m 2·K ； A w 与A w ’-分别表示固体壁两侧的内壁表面积和外壁表面积，m 2； T w 与T w ’-分别表示固体壁两侧内壁面温度和外壁面温度，K ； ΔT m ’-热流体与内壁面之间的平均温度差，K ； 热流体与管内壁之间的平均温度差可按下式计算：'11221122()()()ln()W W m W W T T T T T T T T T ---∆=--(9)由(1)和(8)式联立求解可得管内传热膜系数的计算式为121'1()s p W mm C T T A Tα-=∆(10)同理也可得到管外给热过程的传热膜系数的类同公式。
液-液热交换总传热系数和膜系数-模板剖析
湖州师范学院化工原理实验报告液-液热交换总传热系数和膜系数的测定一、实验内容：1、测定液液热交换过程的总传热系数2、测定流体在水平管内作强制湍流时的对流传热膜系数3、根据实验数据统计估计传热膜系数准数关联式中的参数 二、实验基数 1．实验设备参数 （1） 内管（铜管）外径 m d o 012.0= 内径 m d i 008.0= 内管横载面积 2200005027.04m d S i ==π内管测试长度m l 1=（2） 外管（玻璃管）外径 m D o 02.0= 内径 m D i 016.0= （3）环隙横截面222'00008792.0)(4m d D A o i =-=π（4）内管内壁横截面202513.0m l d A i w ==π （5）内管外壁横截面2'03770.0m l d A o w ==π（6）平均热交换面积2'03142.02m A A A ww =+=2、实验操作参数 冷水流量h L V /450'= 冷水温度20℃ 三、实验数据湖州师范学院化工原理实验报告1.实验测得数据可参考如下表格进行记录：班级：20130923 日期：2015年12月9日周三 22．实验数据整理 （1）管内热水平均温度 221T T T m +=,例如，序号1的5022.458.541=+=m T ℃以此类推，求出各序号的平均温度，以平均温度查相应的)/(3m kg ρ，)(PaS μ，kg j C p /(℃），m W /(λ℃）。
列表（2）根据各序号的流量求出各内管管内流速，根据对应的u ，ρ，μ，d 求出管内雷诺数Re ，普朗特准数，λμ⋅=p c Pr ，例如SV u s=s m S V u S /33.100005027.01067.651=⨯==-，44111110909.11049.51.98833.1008.0⨯=⨯⨯⨯==-μρu d R i e ， 55.3648.01049.510183.4Pr 431111=⨯⨯⨯=⋅=-λμp c列表（3）①根据各序号的质量流量，管内进出口温度，p c 求出各内管传热速率Q ，)(21T T wc Q p -=，②求出各序号冷热水平均温度差m T ∆，热水与壁面间的平均温度差'm T ∆，111t T T -=∆ 222t T T -=∆()()6 2,25 ln T ,221212121m 21T T T T T T T T T T T m ∆+∆=∆≥∆∆∆∆∆-∆=∆≥∆∆时当时当111W T T T -=∆ 222W T T T -=∆()()8 2,27 ln T ,221'212121'm 21T T T T T T T T T T T m ∆+∆=∆≥∆∆∆∆∆-∆=∆≥∆∆时当时当8.29258.541=-=∆T 4.278.172.452=-=∆T6.2824.278.29=+=∆m T热水与壁温间，9.169.378.5411'1=-=-=∆w T T T 5.127.322.4522'2=-=-=∆w T T T7.1425.129.16'=+=∆m TW T T C q Q p m 2647)2.458.54(10183.41059.6)(32211=-⨯⨯⨯⨯=-=-() 2946 6.2803142.02647 211=⨯=∆=∆-=m m p s T A Q T A T T c m K71657.1402513.02647'1=⨯=∆=mi i T A Q α 5.88648.0008.07164111===λαid Nu 列表3．实验结果（1）对流传热系数根据量纲分析法得nmc Nu Pr Re =，取对数A m Nu +=Re lg lg ，其中nc A Pr lg =，设Nu y lg =，Re lg =x ，则可作直线A mx y +=， 求出斜率m k =，Pr 变化不大，可设为定值，取3.0=n ，在获得A 值的情况下，求得c ，这样就获得了求α的经验公式。
套管气液传热实验原理及要求
套管换热器操作及传热系数的测定一、实验目的：(1)了解换热器的结构，(2)掌握换热器主要性能指标的标定方法；(3)学会换热器的操作方法。
二、基本原理：在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却或加热。
这种传热过程系冷、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三个传热子过程所组成。
从间壁式传热设备的应用来讲，是希望知道整个传热过程的传热效率，但从间壁式传热设备的研究来讲，直接研究整个传热过程存在两方面的困难：（1）影响传热过程的参数极多，实验工作量和数据处理量极大；（2）固体壁面两侧冷、热流体类型的组合变化多。
为降低研究的难度，采用过程分解与合成方法进行处理。
将传热过程分解为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三个传热子过程，分别将子过程的传热规律研究清楚后，再按一定的规律合成为完整的传热大过程。
在研究传热子过程时，影响传热过程的参数明显减少，减轻了工作量；同时，固体壁面两侧冷、热流体的类型可任意组合，只须按一定的规律合成即可，大大方便了实际应用。
但须注意：采用过程分解与合成方法分解工程实际问题的充要条件是，必须首先充分了解预定各子过程之间的界面情况，以便日后顺利合成各子过程。
研究对流传热分系数是过程分解的结果。
但由于对流传热过程仍十分复杂，影响因素较多，目前尚不能通过解析法得到给热系数的定量关系式。
目前仍须由实验研究来获得各影响因素与对流传热分系数间的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素经无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方程。
并以此为基础组织实验，经过数据处理得到相应的关系式。
现以不发生相变的流体和与固体壁面间的对流传热为例，其影响因素为：（1） 固体壁面的特征尺寸：l（2） 流体的物理性质：λμρ,,,p c（3） 强制对流的流速：u（4） 产生自然对流的升力，此升力可由T g ∆β表征，故：),,,,,,(T g u c l f p ∆=βλμρα经无因次处理，得：3210a r a r a e u G P R a N = 式中： λαl N u = 为努塞尔（Nusselt ）准数，描述对流传热的大小；μρu l R e = 为雷诺（Reynolds ）准数，描述流体流动的状态；λμp r c P = 为普朗特（Prandtl ）准数，描述流体的物性； 223μρβTl g G r ∆= 为格拉斯霍夫（Grashof ）准数，描述自然对流的运动状态。
套管换热器液液热交换系数及膜系数的测定
实验结果整理1、记录实验设备基本参数（1）实验设备型式和装置方式：水平装置套管式热交换器（2）内管基本参数：材质：黄铜 外径：d=12mm 壁厚：ϑ=1.5mm 测试段长度：L=1000mm（3）套管基本参数：材质：有机玻璃 外径：'d =20mm 壁厚：'ϑ=2mm （4）流体流通的横截面积：内管横截面积：S =2510362.6m -⨯ 环隙横截面积：'S =2510796.8m -⨯（5）热交换面积：内管内壁表面积：W A =20283.0m 内管外壁表面既：'W A =20377.0m平均热交换面积：A =20330.0m2、实验数据记录：3、实验数据整理p 241d m u s πρ=111T T T '-=∆ 222T T T '-=∆ )(21T T C m Q p s --=m T KA Q ∆=221T T T m ∆+∆=∆（2）由实验数据求取流体在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数α。
实验数241d m u sπρ=2)()(2211w w m-T T - T T T +='∆ m w p s m w T A T T C m T A Q '∆--='∆=)(21α（3）由实验原始数据和测得的α值，对水平管内传热膜系数的准数关联式进行参数估计。
μρdu =e Rλαd N u =λμp C =r PRelg3.53529412 3.6763277343.7789467283.8627275283.932778073.9946690224.0470411034.0945410014.137417415Nulg 1.3074960381.4983105541.585460731.6541765421.7201593031.8115750061.8674674881.9314578711.980457892。
实验五套管换热器液一液热交换系数及膜系数的测定
二、实验原理
冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由 热流体把热量传递给固体壁面，然后由固体壁面的 一侧传向另一侧，最后再由壁面把热量传给冷流体， 换言之，热交换过程即为给热——导热——给热三 个串联过程组成。
热流体的热量衡算方程来表示：
Q msCp (T1 T2 ), J s1
传热速率得计算基本方程为 ：
五、实验记录与数据处理
l．记录实验设备基本参数： （1）内管基本参数：
外径：d= mm， 壁厚：δ= mm， 测试段长度： L= mm （2）套管基本参数：外径： mm
壁厚； mm 2．实验数据纪录
六、思考题:
1、对于同一换热器，若冷、热流体的流量均不变，将 逆流操作改为并流，总传热系数是否发生变化？为什 么？
各项影响因素之间的准数关联式：
Nu (C p )0.3
d
三、实验装置
四、实验要点
1．实验前准备工作 （l）向恒温循环水槽灌入蒸馏水或软水； （2）开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门， 使槽内充满水，并由溢流管有水流出； （3）将冰碎成细粒放人冷阱中； （4）将恒温循环水槽的温度自控装置温度定为 55℃。启动恒温水槽的电热器。等恒温水馏的水达到 预定温度后即可开始实验。 （5）实验前需要准备好热水转子流量计的流量标定 曲线和热电偶分度表。
Q KATm , J / s
若 和T1 分T别2 为热交换器两端冷热流体之间的温度 差，则可求出平均温度差，同时可得传热总系数的
计算式
K ，msC结p (T合1 热T2 )流体与管壁的传
ATm
热膜系数计算式为
1
msC p (T1 T2 ) Aw1Tm
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热流体温度
进 出 平均 口 口 温度 ℃℃ ℃
管壁温 密 度度
粘度
热容
导热 系数
进出 ρ μ
Cp
λ
口口
℃ ℃ kg kg ·m J·kg w·m ·m3 -1·s -1 -1·s 1·K -1
-1
1
2
345ຫໍສະໝຸດ 6789
10
实验数据处理
流量 流速 努塞尔特准数
雷诺准数
序 号
qV
u Nu = α·d/λ
m3·s -1 m·s -1
式中： Nu d
Re d u
Pr Cp
上列关联式中的系数 b 和指数 m和 n的数值，需要通过实验
来测定。依据实验数据，经最优参数估计回归后，可得到 b，m 和 n 的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热 总系数就可由该式计算。
三、实验内容
由于实验设备已经被确定，所以管长 l 和管径 d 也已经被完全 确定，因此本实验不涉及管长和管径；故此，在影响流体间壁式 换热的10个因素中(压强可以看为常数)，当流体的流速 u 改变时， 冷、热流体和管壁的进出口处温度亦会随之改变，因此冷、热流 体的物性参数 (热力学强度变量) 密度ρ、粘度μ、冷、热流体的恒 压热容Cp 、冷、热流体的热膨胀系数β和冷、热流体导热系数λ= λ 也会改变。
体在圆管内作强制湍流时的总传热系数； • 建立求算传热系数的关联式以及实验数据的回归；
建立计算传热系数的数学模型并进行数值计算； • 将模拟计算值与实验数据进行比较。
如果从冷、热流体给热来看，
Qt' A(TW ' t)' At'
" T
A(TTW ")"At"
（ 63）
若ΔT1和ΔT2分别为热交换器的两端冷、热流体之间的温度差，即
实验六 套管式液-液热交换实验
化工组
预习复习系统
• 实验目的 • 实验原理 • 实验内容 • 实验装置图 • 实验数据记录 • 思考题
一、实验目的和内容
• 了解套管式液-液热交换原理； • 掌握套管式液-液热交换实验的操作步骤； • 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流
体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数； • 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流
' qM ' C 'p(T 1T 2)
A w 1 T'm
（ 65 ）
当0.5 (T1 (T2
Tw1) Tw2)
2时， T m '(T 1 lT n w (1T )1 (T T 2 w 1 )T w 2)(T 1T w 1) 2(T 2T w 2)
(T 2T w 2)
流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因素 (如：管内径d，m；管内流速u，m·s-1；流体密度ρ，Kg·m-3；流 体粘度μ，Pa·s；定压比热容Cp，J·Kg-1·K-1 ；和流体导热系数λ， W·m-1·K-1)之间的关联式
四、实验设备
为了进一步了解“套管式液-液热交换实验”的原理，请看以 下实验装置图。
辅助工作系统 为了协助主实验系统正常工作，有五个辅助工作系统：①电动
力工作系统②冷却水系统③加热系统④热水循环系统⑤温度测量 系统。
①电动力工作系统： 电源、电源线、电动机和水泵
②冷却水系统：将冷水由上水导管接入高位恒位水槽，经高位恒 位水槽出水口流入冷、热流体换热系统的冷水管 入口进入换热器套管夹层，在经过换热后，经冷 水回水管，流入污水排放管。
n 的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热总系
数就可由该式计算。
流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因 素之间的关联式
f(l,d ,u ,,,C p ,,g , t)
可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式：
N ubRm eP（ nr 强制对流 （ 6 ） 6）
本实验主要是在改变流体流速的情况下，测量冷、热流体的 进出口温度t1、t2、 T1 、T2 、Tw1和Tw2 。进而计算出冷、热流 体的定性温度T定和 t定，再计算冷、热流体的物性参数密度、 粘度、冷、热流体的恒压热容、冷、热流体的热膨胀系数和冷、 热流体导热系数，以及无因次准数：雷诺准数、普兰特准数、格 拉晓夫准数和努塞尔准数；由于是强制对流，所以格拉晓夫准数 与常数项一起收敛成了新的常数 b。然后依据最优参数估计的方 法回归，确定给热系数准数关联式中的系数 b 和指数 m与 n的 数值。
f(l,d ,u ,,,C p ,,g , t)
可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式：
N ubRm eP（ nr 强制对流 （ 6 ） 6）
式中： Nu d
Re
d
u
Pr Cp
上列关联式中的系数 b 和指数 m和 n的数值，需要通过实验
来测定。依据实验数据，经最优参数估计回归后，可得到 b，m和
T1(T1t2) 和 T2(T2t1)
则平均温度差可按下式计算：
当0.5
T1 T2
2时，
Tm
T1T2 lnT1
T1T2 2
T2
由(6-1)和(6-2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式：
K qM ' C 'p(T 1 T 2)
（ 64 ）
A T m
由(6-1)和(6-3)两式联立求解，可得传热膜系数的计算式：
Re = d·u·ρ/μ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
普兰特准数
Pr = Cp·λ/μ
六、思考题
• 本实验冷热流体的流向对传热效果有影响否？ • 传热膜系数计算值与测定值差异是何原因？ • 为什么要待传热稳定之后再测取数据？ • 影响传热膜系数的因素有哪些？
③加热系统：四组电加热器、贝克曼温度计和控制加热开关。 ④热水循环系统：热水储槽、循环水泵、循环管路、转子流量
计和流量控制阀门。
⑤温度测量系统：贝克曼温度计、冷井、测温线路和测温开关。
五、实验数据记录
流流 量速
冷流体温度
序 qV 号
u 进 出 平均 口 口 温度
m3· m· ℃ ℃ ℃
s -1 s -1