液液传热实验讲义

2． 学会应用线性回归分析方法，确定关联式 Nu = ARe Pr

中常数 A 、m 的值；

K o =

S o ∆t m

传热（冷水—热水）综合实验讲义

一、 实验目的

1． 通过对冷水—热水简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 α 及总传热系数 K o 的

测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。

m 0.4

二、 实验内容

1． 在套管式换热器中，测定 5~6 个不同流速下，管内冷水与管间热水之间的总传热系数

K o ；

流体与管壁面间对流传热系数 α o 和 α i 。

2． 将测定值同运用 K o 与 α o ， α i 之间关系式计算得出的 α i 值进行比较；计算得出 Nu1(实 验)和 Nu2(计算)的值

3． 对实验数据进行线性回归，求关联式 Nu1(实验)=ARe m Pr 0.4 和 Nu2(计算)=ARe m Pr 0.4 中常数 A 、m 的值。

三、 实验原理

1． 总传热系数

K o 的测定：

由总传热速率方程式

Q = K o S o ∆t m （1-1） Q （1-2）

式中：Q —— 传热速率，W ；

S o —— 换热管的外表面积，m 2；

∆t m —— 对数平均温度差，℃；

K o —— 基于管外表面积的总传热系数，W/( m 2·℃)；

由热量衡算式：

Q = W C C P (t 2 - t 1 ) （1-3）

1

∆t m =

∆t 2 - ∆t 1 (T 1 - t 2 ) - (T 2 - t 1 ) ∆t 2 T - t 2

∆t 1 T 2 - t 1

S i (t wm - t m )

t 1 + t 2

S o (T m - T wm )

T 1 + T 2

式中：W C —— 冷流体的质量流量，kg/s ；

C P —— 冷流体的定压比热，kJ/( kg·℃)；

t 1 , t 2 —— 分别为冷流体进、出口温度，℃；

S o = πd o L （1-4）

式中：

d o —— 传热管的外径，m ；

L —— 传热管的有效长度，m ；

= （1-5）

ln ln 1

式中：T 1，T 2 —— 分别为热流体进、出口温度，℃； 2． 对流传热系数α i ， α o 的测定

对流传热系数α i ， α o 可以根据牛顿冷却定律来实验测定：

Q = α i S i (t wm - t m ) （1-6）

Q （1-7）

式中：S i —— 换热管的内表面积，

S i = πd i L m 2；

t m —— 冷流体平均温度， t m = ℃；

2 t wm —— 换热管内壁表面的平均温度，℃；

同理：

Q （1-8）

式中： T m —— 热流体平均温度， T m = ℃；

2

T wm —— 换热管外壁表面的平均温度，℃；

因为传热管为紫铜管，其导热系数很大，加上传热管壁很薄故认为

T wm ≈ t wm ， T wm 用热

电偶来测量。

3． 总传热系数计算式

2

o

K =

+ +

1 （1-9）

d o bd o 1 α i d i λd m α o

4、三个准数

Pr = （1-10）

Nu = （1-11）

Re = （1-12）

冷流体在管内作强制湍流，准数关联式的形式为

Nu = A Re m Pr n

其中：

取冷流体的定性温度为定值，物性数据 λ 、C p 、 ρ 、 μ 可根据冷流体定性温度查得。则

普兰特准数 Pr 是常数，则关联式的形式简化为：

Nu = A Re m Pr 0.4

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。

四、 实验装置与流程

实验流程图及基本结构参数：

如图 2-1 所示，实验装置的主体是一根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈

钢管，两端用不锈钢法兰固定。实验的热流体在电加热釜内加热，其内有 2 根 2.5KW 螺旋形

电加热器，用 220 伏电压加热；经热流体循环泵进入换热器的壳程。冷流体由离心泵抽出，

由流量调节阀调节，经转子流量计进入换热器的管程。达到逆流换热的效果。

东

3

-+

FI 6 19

5 11

12

24

3

18

T

8 9

+ -

+- +- +-10

17

7

2 21

20

13

14

4

1

16

22

23 15

图2-1 水-水热交换器流程及装备图

实验装置：

1—给水阀；2—高位槽；3—流量调节阀；4—转子流量计；5、7、17—铜－康铜热偶；

6、19—热敏电阻温度传感器；8—二次仪表；9—热电偶冷端温度补偿器；10—热电偶接线板；11—加水口；12—电加热釜；13—液位计；14—加热釜电源；15—热水循环泵；16—泵电机电源；

18—数字温度计；20—传热管；21—套管；22—高位槽溢流。23—离心泵；24—热水流量调

节阀；

五、注意事项

1．由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。

2．检查电加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。

3．调节流量后，应在流量计读数稳定后再读取实验数据。

4