对流传热实验实验报告

实验三 对流传热实验

一、实验目的

1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值；

2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。

二、实验原理

㈠ 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

在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。

对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定

i

i

i S t Q ⨯∆=

α （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；

t ∆—内壁面与流体间的温差，℃。 t ∆由下式确定： 2

2

1t t T t w +-

=∆ （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃；

T w —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。

管内换热面积： i i i L d S π= （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：

)(12t t Cp W Q m m i -= （4）

其中质量流量由下式求得：

3600

m

m m V W ρ=

（5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2

2

1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 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 m A Nu Pr Re =. （6）

其中： i i i d Nu λα=

， m m i m d u μρ=Re ， m

m

m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：

4.0Pr Re m A Nu = （7）

这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。

㈡ 列管换热器传热系数的测定

管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，

内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。实验装置采用双管程。

传热系数Ko 用实验来测定

O

S t Q K m i

o ⨯∆=

（1）

式中：Ko —列管传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —管内传热速率，W ； S O —管外换热面积，m 2； m t ∆—平均温度差，℃。

m t ∆由下式确定： 逆m m t t ∆=∆ψ （2）

1

22

1122

1ln

t T t T t T t T t m -----=∆）

（）（逆 （3） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T 1，T 2 —热流体的入口、出口温度，℃；

逆m t ∆ —逆流时平均温度差，℃；

ψ—温差校正系数，由R 、P 的查到（课本P 100）

。 ()

//21/1112//

21=f P R T T P T T T T R T T ψ-==

--=

=-，冷流体的温升

两流体的最初温度差热流体的温降

冷流体的温升

管外换热面积： Lo d n S o o π= （4） 式中：d O —内管管外径，m ；

L O —传热管测量段的实际长度，m 。 由热量衡算式：

)(12t t Cp W Q m m i -= （5）

其中质量流量由下式求得：

3600

m

m m V W ρ=

（6） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2

2

1t t t m +=

为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T 1，T 2， m V 可采取一定的测量手段得到。

三、实验流程和设备主要技术数据

⒈ 设备主要技术数据见表1

表1 实验装置结构参数

⒉ 实验流程如图1所示。 ⒊ 实验的测量手段 ⑴温度的测量

冷水热水进出口温度采用热电阻温度计测得。套管壁温采用热电偶温度计测量。

⑵ 加热

热水箱内装有2组加热器，热水箱为双层保温设计。加热方式采用温度控制