套管换热器的总传热系数的测定
套管换热器的总传热系数的测定
2
综合化学实验
序 号
冷水体积流量 转子刻度 流量
(L/min)
安徽师范大学 2007 年度校级精品课程
冷水温度
t 进/℃
t 出/℃
热水温度
T 进/℃
T 出/℃
（2）并流操作
换热器 内管直径φ10×1.5×1200mm,换热管有效长度 1000mm
五、实验操作步骤 1．先向恒温槽加入蒸馏水,并控制一定的水位(大约离槽盖 3~4 厘米即可)； 2．缓慢开启自来水阀,使转子流量计内充满水,并控制一定的上水量； 3．将恒温槽的温度控制在夏天约 80~82℃左右(以保持热水进入热交换器一
端保持在 80℃左右,具体视散热设备而定)； 4．打开电源开关,接通电源,使电加热器及补充加热器加热同时进行,开动搅
序 号
冷水体积流量 转子刻度 流量
(L/min)
冷水温度
t 进/℃
t 出/℃
热水温度
T 进/℃
T 出/℃
2．实验数据整理
（1）逆流操作
有效换热面积_____________
序 冷水质量 t 出－t 进
φ
T 进－t 出 T 出－t 进 △t 均
K
号 流量(kg/s) (℃) (10-3W) (℃)
(℃) (℃) (W·m-2·℃-1
八、实验报告 1．计算不同实验条件下的传热系数 K 值. 2．分析不同实验条件下 K 值不同的原因, 3．通过实验数据分析,提出如何强化传热过程的建议.
3
（2）并流操作
有效换热面积_________T 出－t 进 △t 均
K
号 流量(kg/s) (℃) (10-3W) (℃)
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）：()()mW i i m i i p t t S t S K t t C V Q -=∆=-=αρ12由此可得总传热系数mi P i t S t t C V K ∆-=)(12ρ空气在管内的对流传热系数（传热膜系数） m w i P i t t S t t C V )()(12--=ρα上式中 Q ：传热速率，w ；V ：空气体积流量（以进口状态计），m 3/s ； ρ： 空气密度（以进口状态计），kg/m 3； C P ：空气平均比热，J/(kg ·℃)；K i ：以内管内表面积计的总传热系数，W/(m 2·℃)； αi ： 空气对内管内壁的对流传热系数，W/(m 2·℃)； t 1、t 2 ：空气进、出口温度，℃； S i ：内管内壁传热面积，m 2；Δt m ：水蒸气与空气间的对数平均温度差，℃；2121ln)()(t T t T t T t T t m -----=∆ T ：蒸汽温度（取进、出口温度相同），℃。
(t w －t )m ：空气与内管内壁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 -----=- t w1、t w2 ：内管内壁上进、出口温度，℃。
当内管材料导热性能很好，且管壁很薄时，可认为内管内外壁温度相同，即测得的外壁温度视为内壁温度。
流体在圆形直管内作强制湍流（流体流动的雷诺数Re ＞10000）时，对流传热系数αi与雷诺数Re 的关系可近似写成 ni A Re =α式中A 和n 为常数。
实验五 套管换热器传热实验
实验五 套管换热器传热实验实验学时： 4 实验类型：综合实验要求：必修 一、实验目的通过本实验的学习，使学生了解套管换热器的结构和操作方法，比较简单内管与强化内管的差异。
二、实验内容1、测定空气与水蒸汽经套管换热器间壁传热时的总传热系数。
2、测定空气在圆形光滑管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
3、测定空气在插入螺旋线圈的强化管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
4、通过对本换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法。
三、实验原理、方法和手段两流体间壁传热时的传热速率方程为 m t KA Q ∆= （1）式中，传热速率Q 可由管内、外任一侧流体热焓值的变化来计算，空气流量由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成的空气流量计来测定。
流量大小按下式计算：10012t t PA C V ρ∆⨯⨯⨯=其中：0C —孔板流量计孔流系数，0.65；0A —孔的面积，2m ；（可由孔径计算，孔径m d 0165.00=） P ∆—孔板两端压差，kPa ；1t ρ—空气入口温度（即流量计处温度）下的密度，3/m kg 。
实验条件下的空气流量V （h m /3）需按下式计算：11273273t t V V t ++⨯=其中：t —换热管内平均温度，℃；1t —传热内管空气进口（即流量计处）温度，℃。
测量空气进出套管换热器的温度t ( ℃ )均由铂电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。
管外壁面平均温度W t ( ℃ )由数字温度计测出，热电偶为铜─康铜。
换热器传热面积由实验装置确定，可由（1）式计算总传热系数。
流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为：),,(d l P R f Nu r e =对于空气，在实验范围内，r P 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对Nu 准数的影响很小，故Nu 准数仅为e R 准数的函数，因此上述函数关系一般可以处理成：me R B Nu ⋅=式中，B 和 m 为待定常数。
化工原理答案第四章 传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=，则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
换热器传热系数测定实验
换热器传热系数测定实验一.实验目的1.熟悉换热器性能的测试方法；2.了解不同结构换热器的结构特点以及性能差别；3.加深对换热器顺流、交叉流和逆流等流动方式时流体温度变化、换热能力的差别。
二.实验装置2.1实验装置的名称与组成实验装置名称：换热器综合试验台换热介质：热水－冷水实验装置的工作流程如图9.1所示。
1换热器2加热水箱3热水泵4流量计5冷水箱6冷水泵7转子流量计8换向阀门组9温度传感器图1 换热器综合试验台流程2.2 实验装置的用途换热器综合试验台主要用于各种间壁式液体－液体换热器的性能测试。
可测试的换热器型式为：壳管式换热器、套管式换热器、螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器等。
2.3 实验装置性能参数2.3.1 换热器换热面积壳管式换热器： 1.05 m2套管式换热器：0.45 m2螺旋板式换热器：0.65 m22.3.2 热水泵允许最高水温：＜80 ℃ 电 机： 220 V 120 W 2.3.3 冷水泵允许最低水温：＞0 ℃ 电 机： 220 V 120 W 2.3.4 流量计型 式：LZB 玻璃转子流量计 公称通径：10mm 测量范围：(4.44～44.4×10) m 3/s (16～160 l/h) 误 差： 台 数： 2 2.3.5 温度显示控制仪型 号： XTMD 传感器分度号：Cu50 测量范围： －50～99.9 ℃ 误 差： 0.5 ℃ 台 数： 2 2.3.6 电加热器功 率：7.5 kW三.实验原理由图 9.1，热流体的放热量： Q 1＝V h ρh C ph (t h1－t h2) (W) (9.1) 式中：V h －热流体的体积流量(m 3/s)； ρh －热流体的密度(kg/m 3)；C ph －热流体的定压比热容[J/(kg.℃)]； t h1 －热流体进入换热器时的温度(℃)； t h2 －热流体流出换热器时的温度(℃)。
冷流体的吸热量：Q 2＝V l ρl C pl (t l2－t l1) (W) (9.2)式中：V l －冷流体的质量体积流量(m 3/s)； ρl －冷流体的密度(kg/m 3)；C pl －冷流体的定压比热容[J/(kg.℃)]； t l2 －冷流体流出换热器时的温度(℃)； t l1 －冷流体进入换热器时的温度(℃)。
化工原理答案 第四章 传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
传热系数的测定实验
实验４ 传热系数的测定实验一、实验目的⒈ 测定流体在套管换热器内作强制湍流时的对流传热系数i α。
⒉ 并将实验数据整理成准数关联式Nu=ARe m Pr 0.4形式，确定关联式中常数A 、m 的值。
⒊ 了解强化传热的基本理论和采取的方式。
二、实验原理实验2-1 普通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 根据牛顿冷却定律im ii S t Q ⨯∆=α （4-1） 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；m t ∆—冷热流体间的平均温度差，℃。
()()221i i w m t t T t +-=∆ （4-2）式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；ｔw —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，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i i L d S π= （4-3）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：)(12i i pi i i t t c W Q -= （4-4）其中质量流量由下式求得：3600ii i V W ρ=（4-5）式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。
c pi 和ρi 可根据定性温度t m 查得，221i i m t t t +=为冷流体进出口平均温度。
t i1，t i2， t w ， V i 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 i mii A Nu Pr Re =. （4-6）其中： i ii i d Nu λα=， i i i i i d u μρ=Re ， ii pi i c λμ=Pr 物性数据λi 、c pi 、ρi 、μi 可根据定性温度t m 查得。
套管换热器对流传热系数测定实验装置说明书
套管换热器对流传热系数测定实验装置使用说明书一、概述热力学第二定律指出：无论是气体、液体还是固体，都存在着温度差异，就必然导致热量自发地从高温向低温传递，这一过程被称为热量传递过程，简称传热。
用于冷热流体进行热量交换的设备称为换热器。
传热在工程技术领域中的应用十分广泛，在动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源和宇航等工程中，都占有十分重要的地位。
因此，了解传热过程的基本原理及传热设备（即换热器）的结构性能具有极其重要的意义。
换热器是由各种不同的传热元件组成的换热设备，冷热流体借助换热器中的传热元件进行热量交换而完成加热或冷却任务。
换热器的传热系数是衡量换热器的换热效果好坏的标准，不同传热元件组成的换热器的性能存在着较大的差异。
确定换热器换热性能（主要是指传热系数）的有效途径是通过实验进行测定。
二、设备性能与主要技术参数1、本实验装置主要由套管换热器、蒸发器、风机、气体流量计、压力表、安全阀、智能温控仪表、柜体、开关指示灯等组成。
2、套管换热：换热段长度为1000mn换热面积为0.142m2。
换热器外部都包有保温层，并用不锈钢皮包好，外表美观，可以减少实验的热损失，也可以防止实验者的意外烫伤。
3、热流体通过的紫铜管为© 20X1.5mm,长为1000mm冷流体通过的不锈钢管为© 50 x 1mm4、蒸发器为不锈钢制成，最大加热功率为2.2KW其上装有液位计，正常液位要维持在2/3处，最多加至液位计所能指示的范围最高处。
必要时加水，以免电热管干烧（加水时需注意水位超过液位计指示时仍往蒸发器内加水，液位计将无法显示液位）。
其表面也包有保温层。
5、风机为旋涡风机，输入功率为550V y转速为2800/min,风压为11.7KPa,风量为90nVh6、温度仪表：本装置上配置一块AI-518温度控制仪表，用于控制蒸发器温度; 两块AI-702M温度巡检仪，可以直接显示所对应各点的温度。
换热器传热系数测定
强化内管内插物(螺旋线圈）尺寸
丝径h(mm)
1
截距H(mm）
40
加热釜
操作电压
≤200V
操作电流
≤10A
3页
（三）、空气流量测量
空气流量测量由孔板流量计测量，由以下公式计算：
（m3/h） （5 12）
（m3/h） （5 13）
（m3/h） （5 14）
式中，V—空气实际流量，m3/h； Vt1—入口温度下的空气体积流量，m3/h；
化工实验报告
姓名：学号：报告成绩：
课程名称
化工原理实验
实验名称
换热器传热系数的测定实验
班级名称
组 长
同组者
指导教师
实验日期
教师对报告的校正意见
一、 实验目的
1、了解传气—汽对流热的基本理论，掌握套管换热器的操作方法。
2、掌握对流传热系数 α i 测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
3、应用线性回归分析方法，确定关联式 中常数 A、m 的值。
（5 11）
式中S0-传热管外表面传热面积，m2。因为本实验中αi<<α0(αi、α0分别为管内，外壁传热系数)，故传热管内的对流传热系数αi≈冷热流体间的总传热系数K0。
4、实验装置
(一）实验装置流程图
（2）设备参数
实验内管内径d1(mm)
实验内管外径d2(mm)
实验外管内径D1(mm)
实验外管外径D2(mm)
4、接通电源总开关，设定加热电压185V，启动电加热器开关，开始加热。
（二）实验过程
1、一段时间后水沸腾，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。
2、约加热10ming后，可提前启动鼓风机，保证开始时空气入口温度t1比较稳定。
传热实验(化工原理实验)
传热实验一、实验目的1、熟悉套管换热器、列管换热器的结构及操作方法；2、通过对套管换热器空气-水蒸汽传热性能的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法；3、确定套管传热管强化前后内管中空气的强制湍流换热关联式，并比较强化传热前后的效果；4、通过对列管换热器传热性能实验研究，掌握总传热系数K 的测定方法，并对变换面积前后换热性能进行比较。
二、实验原理1、普通套管换热器传热系数测定及准数关联式的确定：(1)对流传热系数i α的测定：对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，通过实验来测定。
i i i mQ S t α=⨯⨯∆(1)i i m iQ t S α=∆⨯(2)式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；i Q —管内传热速率，W ；i S —管内换热面积，m 2；m t ∆—壁面与主流体间的温度差，℃。
平均温度差由下式确定：m w t t t∆=-(3)式中：t —冷流体的入口、出口平均温度，℃；w t —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，w t 用来表示，由于管外使用蒸汽，所以w t 近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i iS d L π=(4)式中：i d —内管管内径，m ；i L —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：21()i i pi i i Q W c t t =-(5)其中质量流量由下式求得：3600i i i V W ρ=(6)式中：i V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3/h ；pi c —冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；i ρ—冷流体的密度，kg/m 3；pi c 和i ρ可根据定性温度查得，122i i m t t t +=为m 冷流体进出口平均温度；1i t 、2i t 、w t 、i V 可采取一定的测量手段得到。
(2)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：m ni i i Nu ARe Pr =(7)其中：i i i i d Nu αλ=，i i i i i u d Re ρμ=，pi i i ic Pr μλ=。
四川大学化工实验报告材料对流传热实验
四川大学
化工原理实验报告
学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班号：153080302姓名：胡垒学号：2015141494038 实验日期：2017年6月5日指导老师：吴潘
四.实验装置图及主要设备（包括名称、型号、规格）
（1）实验装置示意图。
冷空气通过风机进入套管换热器管程，蒸汽发生器内通过电加热使水汽化产生蒸汽，蒸汽进入换热器内的壳程加热管程内的冷空气、蒸汽和冷空气通过套管换热器内管壁进行热量交换。
对流传热装置示意图如图所示。
（2）仪器及仪表。
设备：风机、蒸汽发生器、普通套管换热器、螺旋套管换热器、消音器。
仪表：气体涡旋流量计、压差变送器、温度变送器、温度控制器、无纸记录仪、液位计。
普通套管换热器
螺旋套管换热器
十．实验思考题
1.与流体的物流性质有关，比如流速、密度、粘度、管径、导热系数等。
（1）. 流体流动的状态：层流、湍流等。
（2）. 流体流动的原因：自然对流、强制对流等。
（3）. 流体的物理性质：密度、比热容、粘度、导热率等。
（4）. 传热面的形状、位置和大小：如管、板、管束、管长、管径、管子排列。
传热系数测定的实验
传热系数测定的实验（水蒸气-空气体系）一.实验目的1.了解管套式换热器的结构2.观察水蒸气在水平换热管外壁上的冷凝现象，判断冷凝类型3.测定水蒸气—空气在换热器中的总传热系数K和对流给热系数a，加深对其概念和影响因素的理解。
4.学习线性回归法确定关联式Nu=ARe m pr0.4中常数A，m的值5.掌握热电偶测量温度的原理和方法二.实验原理1.总传热系数的测定在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管通冷空气，水蒸气冷凝放出热量加热空气。
当冷热液体在换热器内进行稳定传热时，该换热器同时满足热量衡算和传热速率方程，若忽略热损失，公式如下：Q=KAΔt m=q m c p(t2-t1)三．实验内容1.衡量水蒸气-空气通过换热器的总传热系数K对实验数据进行线性回归，求出准数方程Nu=ARe m pr0.4中的常数A，M的值2.通过计算分析影响总传热系数的因素四.实验装置来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水通过管道排入地沟，冷空气经转自流量计进入套管换热器内管热交换后装置。
实验流程如图：五．实验步骤1.检查蒸汽发生器的仪表和水位是否正常。
2.打开换热器的总电源开关，打开仪表电源开关，观察仪器读数是否正常。
3.当蒸汽压稳定后，排除蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水，防止夹带冷凝水的蒸汽损坏压力表及压力变送器。
4.打开换热器内的不凝性气体排除阀。
5.刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸气进口阀的开度，让蒸气徐徐流入换热器中，逐渐加热，由冷态转变为热态，不得少于10MIN。
6.恒定空气流量，改变蒸气压，测量4组实验数据。
改变客气流量，恒定蒸汽压，测量4组数据7.实验完毕，清理实验场地。
传热系数测定的实验（水-热空气体系）一.实验目的1.了解列管式换热器的结构。
2.测定水-热空气在换热器中的总传热系数K和对流给热系数α加深对其概念影响因素的理解。
3.学习线性回归法确定关联式Nu=ARe m pr0.4中常数A，m的值4.掌握热电偶测量温度的原理和方法二．实验原理在列管式换热器中，壳程通冷水，管程通热空气，热空气冷却放热加热水。
化工原理实验报告三空气总传热
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 。
化工原理答案第四章传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=，则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
总传热系数的测定实验指导书
总传热系数的测定实验指导书训练目的：1．1熟悉换热装置中的各种设备及名称、各类测量仪表及名称、控制阀门的作用、冷热流体进出口位置等。
1．2了解换热器的结构，掌握对装置的试压、试漏等操作技能。
1．3掌握传热系统的流程和开、停车步骤及常见事故的处理方法。
1．4掌握握换热器总传热系数的测定方法。
1．5了解流体的流量和方向不同时对总传热系数的影响。
1实验内容：测定套管换热器中水—水物系在常用流速范围内的总传热系数K，分析强化传热效果的途径。
1．基本原理在工业生产中，要完成加热或冷却任务。
一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定量的热量以满足工艺要求。
换热器的性能指标之一是传热系数K。
通过对这一指标的实际测定。
可对换热器操作、选用及改进提供依据。
传热系数K值的测定可根据热量衡算式及传热速率方程式联立求解。
传热速率方程式Q=KSΔt m通过换热器所传递的热量可由热量衡算式计算。
即Q=W h C ph(T1－T2)=W c C pc（t2－t1）＋Q损若验设备保温良好。
Q损失可以忽略不计，所以Q=W h C ph（T1－T2）=W c C pc（t2－t1）式中Q—单位时间的传热量，WK－总传热系数。
W/（m2·℃）Δt m—传热对数平均温度差，℃S—传热面积（这里基于外表面积），m2W h、W c—热冷流体的质量流量。
㎏/㎡C ph、C pc—热冷流体的平均定压比热，J/㎏·℃T1、T2—热流体的进出口温度，℃t1、t2—冷流体的进出口温度，℃Δt m为换热器两端差的对数平均值，即Δt m=当Δt2／Δt1≤2时，可以用算术平均温度差（Δt2-Δt1）/2代替对数平均温度差。
由上式所计算出口的传热系数K为测量值K测。
传热系数的计算值K计可用下式进行计算：K计=式中α0——换热器管外侧流体对流传热系数，W/（m2·℃）；α1——换热器管内侧流体对流传热系数，W/（m2·℃）；δ——管壁厚度，m；λ——管壁的导热系数，W/（㎡·℃）；R S——污垢热阻，㎡·℃/W。
传热系数的测定实验
实验４ 传热系数的测定实验一、实验目的⒈ 测定流体在套管换热器内作强制湍流时的对流传热系数i α。
⒉ 并将实验数据整理成准数关联式Nu=ARe m Pr 0.4形式，确定关联式中常数A 、m 的值。
⒊ 了解强化传热的基本理论和采取的方式。
二、实验原理实验2-1 普通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 根据牛顿冷却定律im ii S t Q ⨯∆=α （4-1） 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；m t ∆—冷热流体间的平均温度差，℃。
()()221i i w m t t T t +-=∆ （4-2）式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；ｔw —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，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i i L d S π= （4-3）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：)(12i i pi i i t t c W Q -= （4-4）其中质量流量由下式求得：3600ii i V W ρ=（4-5）式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。
c pi 和ρi 可根据定性温度t m 查得，221i i m t t t +=为冷流体进出口平均温度。
t i1，t i2， t w ， V i 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 i mii A Nu Pr Re =. （4-6）其中： i ii i d Nu λα=， i i i i i d u μρ=Re ， ii pi i c λμ=Pr 物性数据λi 、c pi 、ρi 、μi 可根据定性温度t m 查得。
套管换热器传热系数的测定
实验六 套管换热器传热系数的测定一、实验目的测定套管换热器中用水蒸汽加热空气的总传热系数并确定传热准数方程式m e u CR N =中的系数C 和指数m 。
二、基本原理⒈根据传热速率方程式，确定总传热系数：m t KA Q ∆=或m t A Q K ∆=式中：Q ——传热速率，W ；K ——总传热系数，W/(m 2·K)； A ——传热面积，m 2；m t ∆——对数平均温差，℃。
⑴传热速率由冷流体带走的热量求出：)(122t t C m Q P S -=式中：m S2——冷流体的质量流量，kg/s ；C P -——冷流体比热，J/(kg ·K)； t 1、t 2——冷流体进出口温度，℃。
⑵对数平均温差可按下式计算：)ln(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆式中：11t T t -=∆，22t T t -=∆T ——蒸汽温度，℃。
⒉气体在圆形直管内流动时传热系数的准数关联式可写成下列函数关系：)Pr,(Re,Gr f Nu =对一定种类的气体来说，在很大的温度和压强范围内Pr 数值实际保持不变，气体在管内强制流动下Gr 也可忽略不计，因此上式可简化为：m e u CR N =本实验目的之一，即学习用实验方法测定空气在圆形直管内作强制流动时的对流传热系数，通过对数据的处理，确定上式中的系数C 和指数m 。
本实验设备不能测定管壁温度，因此不能直接确定空气的传热膜系数，由下式可知：o o im i iid d d bd K αλα++=111当管壁外侧热阻和管壁热阻m id bd λ都很小（αo >>αI ）时，总传热系数K I 与管内冷流体的传热膜系数α可近似相等，即i i K α≈，由此即可确定u N （λαii u d N =）。
三、实验装置实验装置流程如附图所示，空气由 一台小型离心式鼓风机供应，经孔板流量计送入内管，套管环隙空间通入水蒸汽由电热式蒸汽发生器供应。
换热器传热系数测定
化工实验报告姓名：学号：报告成绩：Cp m —测量段上空气的平均比热， J/（ kg.g ）; 't m —管内流体空气与管内壁面的平均温度差，C 。
.tmT w —l 〕T w —12T s -廿 In ----- T s -t 2(5-3)当 2> .也 / . ：t 2 >0.5 时, 可简化为 厶-二T W -t \t22式中：t 1 , t 2 —冷流体（空气）的入口、出口温度，C ；Tw — 壁面平均温度，C 。
2、对流传热系数准数关联式的实验确定：流体在管内作强制对流时，处于被加热状态，准数关联式的形式为:Nu 二 ARe 「Pr i n(5-4)(5-5) 其中，传热准数：Nu i(5-6)雷诺准数：Re i(5-7)其中：u-测量段上空气的平均流速：UF 3600(5-8)P_ C P + i 普朗特准数：Pr'二(5-9)对于管内被加热的空气，普朗特准数Pr 变化不大， Nu 二 AR^Pf 4通过实验确定不同流量下的 Re i 与N*。
3、关联式Nu =ARe m Pr°4中的常数A m 的确定： -^0-纵坐标，Re 为横坐标，在对数坐标上绘 Pr 0.4得到准数关联式 Nu=ARe m Pr°4中的常数A , m 。
可认为是常数，关联式简化为:(5-10)胖4 —Re 关系，作图、回归Pr同理得到强化管准数关联式 Nu=ARe m P 『4中的常数A ,4 、强化比的确定m。
将强化套管换热器求得的Re、Pr数值分别带入强化管和普通管换热器所得的准关联式中，可以得到Nu及Nu o,强化比= Nu/Nu0。
5 、换热器总传热系数K0的确定：试验中若忽略换热器的热损失，在稳态传热过程中，空气升温获得的热量与对流传递热量及换热器的总传热量均相等，则以外表面为基准的总传热系数：Q i K 0( 5-11)二t m S。
式中S o■传热管外表面传热面积，m2。
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五、实验操作步骤 1．先向恒温槽加入蒸馏水,并控制一定的水位(大约离槽盖 3~4 厘米即可)； 2．缓慢开启自来水阀,使转子流量计内充满水,并控制一定的上水量； 3．将恒温槽的温度控制在夏天约 80~82℃左右(以保持热水进入热交换器一
端保持在 80℃左右,具体视散热设备而定)； 4．打开电源开关,接通电源,使电加热器及补充加热器加热同时进行,开动搅
换热器 内管直径φ10×1.5×1200mm,换热管有效长度 1000mm
2
综合化学实验
序 号
冷水体积流量 转子刻度 流量
(L/min)
安徽师范大学 2007 年度校级精品课程
冷水温度
t 进/℃
t 出/℃
热水温度
T 进/℃
T 出/℃
（2）并流操作
换热器 内管直径φ10×1.5×1200mm,换热管有效长度 1000mm
四、实验设备及装置 1．实验主要设备 ① Cs-S01 型超级恒温箱一台 ② LZB—15 转子流量计一台 ③ 套管换热器 外管为玻璃管,内管φ10×1.5mm 紫铜管,管长 1200mm,一只 ④ 补充加热器,紫铜管加热器作用 1)加快恒温槽升温速度 2)补充热水在热交换器中的热量损失,使在操作中始终维持较高的热水温度. 2．实验装置图（略）
序 号
冷水体积流量 转子刻度 流量
(L/min)
冷水温度
t 进/℃
t 出/℃
热水温度
T 进/℃
T 出/℃
2．实验数据整理
（1）逆流操作
有效换热面积_____________
序 冷水质量 t 出－t 进
φ
T 进－t 出 T 出－t 进 △t 均
K
号 流量(kg/s) (℃) (10-3W) (℃)
(℃) (℃) (W·m-2·℃-1
1
综合化学实验
安徽师范大学 2007 年度校级精品课程
△tm =(△t1－△t2)/ln(△t1/△t2), 当△t1/△t2≤2 时, △tm =(△t1＋△t2) /2 A,套管换热器的传热面积，因换热壁是圆筒型，所以,A=πd 均 l，因管壁较薄，所 以，d 均为内管的算术平均直径.
通过实验测定各点温度和流体流量,即可求出传热系数 K。
拌器,在开动搅拌器之前,必须将恒温加热器内水泵的出口与入口用短橡皮连接, 使其短路循环,待水温升高到指定温度后,再将出口与换热器连接；
5．逆流换热操作,将恒温槽中热水通过热水进口入换热器内,打开冷水,使冷 水通过冷水转子流量计,进入换热器内；
6．逆流换热实验结束； 7．改变逆流操作为并流操作,依同法进行实验； 8．按逆流,并流方向进行实验逆流换热器,热水流量稳定不变,反之亦然。 六、实验数据记录整理 1．实验数据记录 （1）逆流操作
综合化学实验
安徽师范大学 2007 年度校级精品课程
套管换热器的总传热系数的测定
一、实验概述 当冷热流体通过间壁换热时,在间壁两侧主要为对流传热,通过间壁则为传
导传热,根据这两种传热方式的基本方程,再问鼎传热条件下,就可以推导出间壁 热交换传热基本方程式。
Φ = K × A× ∆tm 式中 Φ ----间壁传热速率 (w)
Байду номын сангаас
（2）并流操作
有效换热面积_____________
序 冷水质量 t 出－t 进
φ
T 进－t 出 T 出－t 进 △t 均
K
号 流量(kg/s) (℃) (10-3W) (℃)
(℃) (℃) (W·m-2·℃-1
七、实验注意事项 1．向热水器内先送冷流体(冷水),然后送热流体(热水). 2．待冷水流量和各点温度稳定后,换热器内无气泡再记录数据.
八、实验报告 1．计算不同实验条件下的传热系数 K 值. 2．分析不同实验条件下 K 值不同的原因, 3．通过实验数据分析,提出如何强化传热过程的建议.
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