实验四 对流给热系数测定
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。
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=ARe m Pr0.4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=BRe m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 实验装置结构参数化工原理实验对流传热实验3图1 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图孔板流量计测量空气流量空气压力蒸汽压力空气入口温度蒸汽温度空气出口温度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； 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=ARe m 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=BRe m 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=CRe m Pr n Gr l（1）式中C 、m 、n 、l 为待定参数。
对流给热系数测定实验
物理化学实验报告实验名称：对流给热系数测定实验学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学号指导教师：日期：一、实验目的1、掌握传热膜系数的测定方法；2、通过实验，掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数A和指数m的方法；3、通过实验提高对传热膜系数准数关联式的理解，并分析影响传热膜系数的因素，了解工程上强化传热的措施。
二、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：Nu=A×Re m×Pr n×Gr p (4-1)对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故Nu=A×Re m×Pr n(4-2) 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。
用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。
本实验可简化上式，即取n=0.4(流体被加热)。
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：lg(Nu/Pr0.4)=lgA + mlgRe (4-3)在双对数坐标纸上作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。
在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A，即：A=Nu/(Pr0.4×Re m) (4-4) 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。
而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。
应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。
对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。
其准数定义式分别为：Nu=αd/λ，Re=duρ/μ，Pr=Cpμ/λ实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。
根据定性温度(空气进、出口温度的算术平均值)计算对应的Pr准数值。
同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值进而算得Nu准数值。
牛顿冷却定律：Q=α×A×△t m (4-5)(tw-t1)-(tw-t2)△t m =ln(tw-t1)/(tw-t2)式中：α—传热膜系数，[W/(m2×℃)]；Q—传热量，[W]；A—总传热面积，[m2]；△t m—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]；tw—蒸汽平均温差，[℃]。
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。
化工原理实验(四)空气-蒸汽对流给热系数测定
化工原理实验（四）空气－蒸汽对流给热系数测定一、实验目的1、 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。
2、 掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。
3、 学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、基本原理在工业生产过程中，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。
达到传热稳定时，有()()()()mm W M W p p t KA t t A T T A t t c m T T c m Q ∆=-=-=-=-=221112222111αα （4－1）Tt图4－1间壁式传热过程示意图式中：Q － 传热量，J / s ；m 1 － 热流体的质量流率，kg / s ； c p 1 － 热流体的比热，J / (kg ∙℃)； T 1 － 热流体的进口温度，℃； T 2 － 热流体的出口温度，℃； m 2 － 冷流体的质量流率，kg / s ； c p 2 － 冷流体的比热，J / (kg ∙℃)； t 1 － 冷流体的进口温度，℃； t 2 － 冷流体的出口温度，℃；α1 － 热流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m 2 ∙℃)；A 1 － 热流体侧的对流传热面积，m 2；()m W T T -－ 热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；α2 － 冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m 2 ∙℃)；A 2 － 冷流体侧的对流传热面积，m 2；()m W t t - － 固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃；K － 以传热面积A 为基准的总给热系数，W / (m 2 ∙℃)； m t ∆－ 冷热流体的对数平均温差，℃；热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算，()()()22112211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----=- （4－2）式中：T W 1 － 热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；T W 2 － 热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。
对流传热系数的测定
对流传热系数的测定北京理工大学化学学院董女青1120102745一、实验目的1、掌握对流传热系数的测定方法，测定空气在圆形直管内的强制对流传热系数, 验证准数关联式。
2、了解套管换热器的结构及操作，掌握强化传热的途径。
3、学习热电偶测量温度的方法。
二.实验原理冷热流体在间壁两侧换热时，传热基本方程及热衡算方程为：Q = KAAtm = m^Cp (t入一t出)换热器的总传热系数可表示为：1 1 b 1—------- 1 ---- 1 ----K a ：入a 0 式中：Q—换热量，J/sK—总传热系数，J/(m' s)A—换热面积，m：At m-平均温度差，°CCp—比热，J/ (kg • K)nu—质量流量，kg/sb—换热器壁厚，ma i、a o—内、外流体对流传热系数，J/(m? • s)依据牛顿冷却定律，管外蒸汽冷凝，管内空气被加热，换热最亦可表示为：Q = a jAj(t w - t) = a 0A0 (T — T w)式中:t w.凡一管内(冷侧)、管外(热侧)壁温，t、T-管内(冷侧)、管外(热侧)流体温度测定空气流量、进出口温度、套管换热面积，并测定蒸汽侧套管壁温，由于管壁导热系数较大且管壁较薄，管内壁温与外壁温近似柑等，根据上述数据即可得到管内对流传热系数，由丁•换热器总传热系数近似等丁•关内对流传热系数，所以亦可得到套管换热器的总传热系数。
流体在圆形直管强制对流时满足下述准数关联式：Nu = O.O237?e°-8Pr0-33式中：Nu-努塞尔特准数，Nu=^,无因次Re—雷诺准数，Re = ^,无因次P L普兰特准数，Pr =耳,无因次测定不冋流速条件下的对流传热系数，在双对数坐标屮标绘加he关系得到一条直线，直线斜率应为0. &三、实验内容1、测定不同空气流星下空气和水蒸汽在套管换热器换热时内管空气的对流传热系数，推算总传热系数。
2、在双对数坐标中标绘M L R決糸,验证准数关联式。
对流给热系数的测定
一、 实验目的1、测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数αi ；2、应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
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：V ρC p (t 2 -t 1 )=αi A i (t w -t)m 式中：V —被加热流体体积流量，m 3/s ； Cp —被加热流体平均比热，J/(kg.℃)； t 1、t 2—被加热流体进、出口温度，℃； ρ—被加热流体密度，kg/m 3；A i —内管的外壁、内壁的传热面积，m 2；(t w -t)m —内壁与流体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 -----=-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T w 1 ＝ t w 1 ，T w 2 ＝ t w 2 ，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：Nu i =ARe i m Pr i n其中：物性数据λi ，C P i ，ρi ，μi 可根据定性温度t m 查得。
对于管内被加热的空气，普兰特准数 Pr i 变化不大，可以认为为常数，则关联式的形式简化为：Nu i =ARe i m Pr i 0.4通过实验确定不同流量下的Re i 与Nu i ，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/Pr 0.4)=lnA + mlnReiii i i d u μρ=Re iipi i C λμ=Pr iii i d Nu λ∂=三、实验装置流程空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1-水泵或漩涡气泵 2-蒸汽发生器 3、4-旁路阀 5-电动调节阀 6-蒸汽总阀 7-蒸汽调节阀 8、9-冷凝水排放阀 10-水或空气流量调节阀 11-惰性气体排放阀2.设备与仪表规格（1）紫铜规格：直径φ20×1.5mm，长度L=1000mm（2）外套玻璃管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm（3）压力表规格：0~0.1Mpa四、实验步骤及注意事项1、打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关。
实验四强制对流下空气传热膜系数测定
实验四 强制对流下空气传热膜系数的测定实验一、实验目的1. 了解间壁式传热装置的研究和给热系数测定的实验组织方法；2. 掌握借助于热电偶测量壁温的方法；3. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；4. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验内容1、测定5—6组不同流速下，套管换热器的总传热系数K 和空气的对流传热系数αc 。
2、对αc 的实验数据进行多元线形回归，求准数关联式Nu=ARe m Pr n中常数A ，m 。
三、基本原理（简述）1、传热系数K 的理论研究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和加热。
这种传热过程系冷、热流体通过固体壁面进行热量交换。
它是由热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传热过程所组成。
如图1所示。
Q=()t T KA - （1）而对流给热所传递的热量，对于冷、热流体均可表示为Q 1=()1w h h t T A -α （2） 或 Q 2=()t t A w c c -2α （3） 对固体壁面由热传导所传递的热量，则由傅立叶定律表示为：图1传热过程示意图 图2传热解析图Q 3()21w w mt t A -⋅=δλ （4） 由热量平衡及忽略热损失后（即Q=Q 1=Q 2=Q 3），可将（2）（3）（4）式写成如下等式：Q=KAtT A t t A t t A t T c c w m w w h h w 1112211-=-=-=-αλδα （5） 所以 cc m h h A A A K αλδα111++=（6）()22222111111,,,,,,,,,,,,u c u c d f K p p λμρδλλμρ==()5,2,6f （7）从上式可知，除固体的导热系数和壁厚对传热过程的传热性能有影响外，影响传热过程的参数还有12个，这不利于对传热过程作整体研究。
根据因次分析方法和π定理，热量传递范畴基本因次有四个：[L],[M],[T],[t] ,壁面的导热热阻与对流给热热阻相比可以忽略K ≈()21,ααf （8）要研究上式的因果关系，尚有π=13-4=9个无因次数群，即由正交网络法每个水平变化10次，实验工作量将有108次实验，为了解决如此无法想象的实验工作量，过程分解和过程合成法由此诞生。
对流给热系数的测定
1、冷流体给热系数数据表：体积流量q v (m 3/h)；冷空气进口温度t 1(℃)；冷空气出口温度t 2（℃）；空气进口蒸汽温度T 1（℃）；空气出口蒸汽温度T 2（℃）；冷空气进出口平均温度t m （℃）；空气的平均定压比热c p (J/kg ·℃)；空气的平均密度ρ(kg/m3)；空气在换热管内的质量流量q m (kg/h)，换热器的传热速率Q(W)；壁面平均温度近似等于蒸汽的平均温度t w (℃)；冷热流体的对数平均温度差△t m (℃)；管内换热面积A i (㎡)；传热管内的对流传热系数αi (W/(㎡·℃))；空气的热导率λ(W/(M ·℃))；空气的粘度μ(10-6Pa ·s)；空气在换热管内的流速u （m/s ）；空气的努塞尔数Nu 无因次；空气的雷诺数Re(103) 无因次；空气的普朗特数Pr 无因次。
公式：()/m K Q A t =∆i i mQ A t α≈∆1212()()()ln()w w m w w t t t t t t t t t ---∆=--i A dl π=21()m p Q q c t t =-mq Vρ=122m t t t +=0.4Re Pr m Nu A =i d Nu αλ=Re du ρμ=Pr pc μλ=221T T tw+=由数据可知：随着流量的增加，冷流体的给热系数逐渐增大。
2、冷流体给热系数的准数关联式：Nu=ARe m Pr0.4，以()0.4ln为纵坐标，()ReNu/Prln为横坐标,将实验数据作线性拟合，得一直线，斜率为m,截距为lnA。
作图如下：由数据可知：lnA=-4.29756，则A=0.0136；m=0.87862。
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）：
由此可得总传热系数
空气在管内的对流传热系数（传热膜系数）
上式中 Q：传热速率，w；
V：空气体积流量（以进口状态计），m3/s；
ρ：空气密度（以进口状态计），kg/m3；。
对流给热系数
化工原理实验报告实验名称：对流给热系数测定实验学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工班姓名：学号：同组者姓名：指导教师：日期：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. 测定空气在圆直管内强制对流给热系数i α；3. 应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
4. 掌握热电阻测温的方法。
二、 实验原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：VρC P (t 2－t 1)＝αi A i (t w －t)m （1-1）式中：V ——被加热流体体积流量，m 3/s ； ρ——被加热流体密度，kg/m 3； C P ——被加热流体平均比热，J/(kg·℃)；αi ——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m 2·℃)； t 1、t 2——被加热流体进、出口温度，℃；A i ——内管的外壁、内壁的传热面积，m 2；(T －T W )m ——水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃；22112211ln )()()(w w w w m T T T T T T T T Tw T -----=- （1-2）(t w －t)m ——内壁与流体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 -----=-（1-3）式中：T 1、T 2——蒸汽进、出口温度，℃；T w1、T w2、t w1、t w2——外壁和内壁上进、出口温度，℃。
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T w1＝t w1，T w2＝t w2，即为所测得的该点的壁温。
由式（1-3）可得：（1-4）若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、T w2，则可通过式（1-4）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi 。
实验四 气汽对流传热综合实验报告
化学实验教学中心实验报告化学测量与计算实验Ⅱ实验名称：气-汽对流传热综合实验报告学生姓名：学号：院（系）：年级：级班指导教师：研究生助教：实验日期： 2017.05.26 交报告日期： 2017.06.02掌握对流传热系数应用线性回归分析方法，确定关联式中常数，对流传热系数在该实验中，空气走内管，蒸汽走外管。
对流传热系数式中，为管内流体对流传热系数，；为管内传热速率，；管内换热面积，为内壁面与流体间的温差，由右式确定：式中，分别为冷流体的入口、出口温度，为壁面平均温度，温度近似相等，用管内换热面积：式中，为内管管内径，；为传热管测量段的实际长度，由热量衡算式：其中质量流量由右式求得：式中，为冷流体在套管内的平均体积流量，；为冷流体的定压比热，；冷流体的密度，。
可根据定性温度查得，为冷流体进出口平均温度。
可采流体在管内做强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为：其中，，物性数据可根据定性温度查得。
经计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特常数与，然后用线性回归方法确定的值。
科学家通过实验研究总结了形式为的形式是：是强化管的努塞尔准数，；为孔板两端压差，为空气入口温度（及流量计（2）温度的测量传热管内径孔板压差空气入口温度壁面温度管内平均温度空气进出口温差平均温差℃时空气流量平均流速传热量孔板流量计压差、空气入口温度已知数据及有关常数及流通截面积及传热面积管内换热面积：先算出空气的定性温度在此温度下空气的物性数据如下：；；；和平均流速℃，需进行校正，传热管内的体积流量平均流速（5）壁面和冷热流体间的平均温度差的计算:）传热速率）管内传热系数）传热准数：雷诺准数：普兰特常数：纵坐标，为横坐标，在对数坐标系上标绘由图得线性回归方程如下：传热管内径孔板压差空气入口温度壁面温度管内平均温度空气进出口温差平均温差℃时空气流量平均流速传热量步，并将数据结果填到表）求强化套管换热器关联式纵坐标，为横坐标，在对数坐标系上标绘关系，见图）强化比将强化套管换热器求得的数代入光滑套管换热器所得的准数关联式中，可以得到组数据：（三）绘图纵坐标，为横坐标，在对数坐标系上标绘种换热器本身来说，改变孔板温差，对流传热系数由此可知，影响对流传热系数②光滑管和强化管换热器的准数关联式中常数。
对流传热系数的测定实验报告
对流传热系数的测定实验报告对流传热系数的测定实验报告一、引言热传导是物质内部热量传递的一种方式，而对流传热是物质表面与流体之间热量传递的一种方式。
对流传热系数是衡量对流传热能力的重要参数，它与流体性质、流动状态、表面特性等因素密切相关。
本实验旨在通过测定不同流体在不同流动状态下的对流传热系数，探究其变化规律。
二、实验装置和方法实验装置主要包括热传导仪、热电偶、温度计、流量计等。
在实验过程中，我们选择了水和空气作为流体介质，分别进行了静止状态和流动状态下的测定。
三、实验结果与分析1. 静止状态下的测定首先，我们将热传导仪放入水中，使其温度稳定在一定值。
然后，通过热电偶和温度计测定水的表面温度和流体温度。
根据实验数据，我们计算得到了水的对流传热系数。
接着，我们将热传导仪放入空气中，同样进行了温度测定。
通过对比水和空气的对流传热系数，我们发现空气的对流传热系数要远小于水的对流传热系数。
这是因为水的导热性能较好，能够更有效地传递热量。
2. 流动状态下的测定接下来，我们改变了实验装置，使流体产生流动。
通过调节流量计和阀门，我们控制了水的流速，并进行了温度测定。
根据实验数据，我们计算得到了不同流速下的对流传热系数。
通过对比不同流速下的对流传热系数，我们发现随着流速的增加，对流传热系数也随之增加。
这是因为流速的增加会增加流体与表面的接触面积，从而增加热量传递的效率。
四、实验误差分析在实验过程中，由于设备精度和操作技巧等因素的限制，可能会引入一定的误差。
例如，温度测量时由于热电偶的位置不准确或者温度计的示数偏差，都会对最终的结果产生影响。
此外，实验中还存在着一些难以控制的因素，比如流体的湍流程度、表面粗糙度等。
这些因素的变化也会对对流传热系数的测定结果造成一定的影响。
五、实验结论通过本实验的测定，我们得出了以下结论：1. 对流传热系数与流体介质的性质密切相关，导热性能较好的介质对流传热系数较大。
2. 对流传热系数与流体流动状态有关，流速的增加会使对流传热系数增加。
对流传热系数测定实验
对流传热系数测定实验一、实验目的a)测定空气在传热管内的对流传热系数，掌握空气在传热管内的对流传热系数的测定方法。
b)把测得的实验数据整理成Nu=BRe n形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。
c)通过实验提高对准数方程式的理解，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验装置实验装置如图1所示，由蒸汽发生器、风机、套管换热器、流量调节阀及不锈钢进、出口管道、温度测量和流量测量装置等组成。
1. 风机F1. 旁路阀2. 孔板流量计3. 空气压力变送器4. 蒸汽放空口5. 冷凝液排放口6. 玻璃视镜7. 套管换热器F2. 空气流量调节阀F3. 蒸汽流量调节阀8. 加水装置F4. 进水阀13. 蒸汽发生器T. 蒸汽温度t1、t2 . 空气进、出口温度T w1、T w2. 空气出口和进口侧的管壁温度图1 空气-水蒸气传热实验装置示意图三、对流传热及参数测取空气从漩涡风机吸入，经孔板流量计计量后进入套管换热器的内管（紫铜管），与来自蒸汽发生器的饱和水蒸汽在套管换热器内进行换热。
被空气冷凝下来的冷凝水经冷凝液排放口排入蒸汽发生器的加水装置。
进入套管换热器的空气进、出口温度t1、t2分别由铜—康铜热电偶测出。
换热管两端管壁温度T w1、T w2同样也分别由埋在内管（紫铜管）外壁上的铜—康铜热电偶测出。
蒸汽温度T由蒸汽发生器根据管路内的实际状况实现自动控制，T由热电阻PT100测得。
空气流量通过F2、F2的组合调节来改变或通过变频器改变，由孔板流量计测量，并通过压力变送器测出空气的压力。
套管换热器内管（紫铜管）的规格为：φ20×2 mm ，换热管有效长度为1200mm ，待测的空气温度、压力、流量、管壁温度和蒸汽温度均可在无纸记录仪或计算机上读取。
四、原理和方法在工业生产过程中，一般情况下，均采用间壁式换热方式进行换热。
所谓间壁式换热，就是冷、热两种流体分别在固体壁面的两侧流动，两流体不直接接触，通过固体壁面进行传热。
对流给热系数测定实验报告
实验名称:对流给热系数测定实验一、实验目的1.测定水蒸汽在圆直水平管外冷凝给热系数α0及冷流体(空气或水)在圆直水平管内的强制对流给热系数αi。
2.观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况。
3 掌握热电阻测温方法。
4 掌握计算机自动控制调节流量的方法。
5 了解涡轮流量传感器和智能流量积算仪的工作原理和使用方法。
6 了解电动调节阀压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。
7 掌握化工原理实验软件库的使用。
二、实验装置流程示意图及实验流程简述水蒸汽自蒸汽发生器途经阀、阀由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道, 冷凝水由阀、阀排入水沟。
冷流体水或来自由变频器控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀或电动调节阀、涡轮流量计、水或空气流量调节阀进入套管换热器的内管, 被加热后排入下水道或放空。
三、简述实验操作步骤及安全注意事项空气~水蒸汽系统1.开启电源。
依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。
2.启动旋涡气泵.调节手动调节阀使风量最大。
3.排蒸汽管道的冷凝水。
打开阀、阀, 排除套管环隙中积存的冷凝水, 然后适当关小阀, 注意阀不能开得太大, 否则蒸气泄漏严重。
4.调节蒸汽压力。
打开阀, 蒸汽从蒸汽发生器沿保温管路流至阀；慢慢打开阀, 蒸汽开始流入套管环隙并对内管的外表面加热, 控制蒸汽压力稳定在0.02MPa.不要超过0.05MPa, 否则蒸汽不够用。
5.分别测定不同流量下所对应的温度。
当控制面板上的巡检仪显示的11个温度、压力数据及智能流量积算仪上显示的空气流量稳定后，记录下最大空气流量下的全部的温度、压力、流量数据。
然后再调节阀，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的稳定的温度和压力数据，这样总共有3个实验点。
6.实验结束后，关闭蒸汽阀和阀，关闭仪表电源及总电源。
水~水蒸汽系统操作步骤、方法基本上同空气~水蒸汽体系一样, 只是冷流体由空气改为冷水, 实验点仍然取3个。
注意事项1 一定要在套管换热器内管输入以一定量的水或空气, 方可开启蒸汽阀门, 且必须在排除蒸汽管线上原积存的冷凝水后, 才可把蒸汽通入套管换热器中。
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。
对流传热系数的测定实验报告(实验研究)
浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：对流传热系数的测定指导教师：专业班级：姓名：学号：同组学生：实验日期：实验地点：目录一、实验目的和要求 (2)二、实验流程与装置 (2)三、实验内容和原理 (3)1.间壁式传热基本原理 (4)2.空气流量的测定 (5)3.空气在传热管内对流传热系数的测定 (6)3.1牛顿冷却定律法 (6)3.2近似法 (6)3.3简易Wilson图解法 (8)4.拟合实验准数方程式 (8)5.传热准数经验式 (9)四、操作方法与实验步骤 (10)五、实验数据处理 (11)1.原始数据： (11)2.数据处理 (11)六、实验结果 (15)七、实验思考 (16)一、实验目的和要求1）掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径；2）把测得的数据整理成形式的准数方程，并与教材中公认经验式进行比较；3）了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。
二、实验流程与装置本实验流程图（横管）如下图1所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、只能显示仪表等构成。
空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行换热交换，不凝气或未冷凝蒸汽通过阀门（F3和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。
空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器内管，热交换后从风机出口排出。
注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选择，三者必学统一。
图1 横管对流传热系数测定实验装置流程图图中符号说明如下表： 符号 名称 单位备注V 空气流量 m 3/h 紫铜管规格Φ19×1.5mm 有效长度1020mmF1，F2为管路切换阀门 F3，F4为不凝气排出阀 F5，F6为冷凝水排出阀t1 空气进口温度 ℃ t2 普通管空气出口温度 ℃ t3 强化管空气出口温度 ℃ T1 蒸汽发生器内的蒸汽温度 ℃ T2普通管空气出口端铜管外壁温度 ℃T3 普通管空气进口端铜管外壁温度 ℃T4 普通管外蒸汽温度 ℃ T5强化管空气出口端铜管外壁温度 ℃T6 强化管空气进口端铜管外壁温度 ℃T7强化管外蒸汽温度℃三、实验内容和原理在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。
实验四 对流给热系数测定
i 0.023
0 .8 0 .4 Re Pr di
2
（4-7）
αi——流体在直管内强制对流时的给热系数，W/（m ·℃）； λ——流体的热导率，W/（m·℃）； di——内管内径，m； Re——流体在管内的雷诺数，无量纲； Pr——流体的普兰特常数，无量纲。 式中，定性温度均为流体的平均温度，即 tf=（t1+t2）/2。
五、 实验数据及数据处理
表 4-1 对流给热系数测定实验数据记录
实验次 流量 V t1 数 /（m3/h） /℃ 1 2 3 0.50 1.00 1.70 20.5 20.4 20.4 t2 /℃ 35.7 32.4 29.8 Tw11 /℃ 76.8 77.6 78.9 Tw12 /℃ 82.0 82.6 77.1 Tw13 /℃ 85.6 86.8 82.5 Tw21 /℃ 79.4 73.8 74.4 Tw22 /℃ 79.0 75.8 76.4 Tw23 /℃ 79.0 75.8 76.4 T1 /℃ 102.7 102.5 103.1 T2 /℃ 102.7 102.5 103.1
6247.542 13609.89 9857.775 27219.77 13001.766 46273.61
6.2461 6.2461 6.2461
4
南京工业大学化工原理实验报告
图 4-2 雷诺数指数
六、 实验结果讨论
（1）实验结果 ①理论上，冷流体给热系数应随流量的增大而增大，蒸汽冷凝给热系数和 对流给热系数应随流量的增大而减小。而实验结果中，蒸汽冷凝给热系数和冷流 体给热系数及对流给热系数均增大，可能是由于冷凝速度均较慢，管外水膜形成 变化较小导致给热系数均主要受流量影响。 ②按冷流体给热系数的模型式得 A=2.704，m=0.6018 （2）思考题 ①实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？ 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同 进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 ②蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响，应采取什么措 施？ 答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体 会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压 力升高，从而制冷量会降低。 ③实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响，如何及时排走冷凝 水？ 答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。 在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 ④实验中，所测得的壁温是靠近蒸气侧还是冷流体侧温度？为什么？ 答：靠近蒸气温度；因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 ⑤如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 答：基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故上式值变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联 式无影响。
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5
三、 实验装置与流程
图 4-1 水蒸气~水对流给热系数测定实验装置流程
2
南京工业大学化工原理实验报告
四、 实验步骤与注意事项
（1）检查仪表，蒸汽发生器及测温点是否正常； （2）打开总电源开关、仪表电源开关； （3）关闭电动调节阀两端的阀门，开启旁路阀，使管内通以一定量的水， 排除管内空气； （4）排除蒸汽管线中原积存的冷凝水； （5）排净后，关闭蒸汽管冷凝水排放阀 8，打开进气系统的蒸汽调节阀 7， 使蒸汽缓缓进入换热器环隙以加热套管换热器，再打开换热器冷凝水排放阀 9， 使环隙中冷凝水不断地排至地沟； （6）仔细调节进系统蒸汽调节阀 7 的开度， 使蒸汽压力稳定保持在 0.02MPa 以下，以保证在恒压调节下操作，再根据测试要求，由大到小逐渐调节手动调节 阀 10 的开度，合理确定 3 个实验点，待稳定后，分别从控制面板上读取有关参 数， （7）实验结束，首先关闭蒸汽总阀，切断设备的蒸汽来路，经一段时间后， 再关闭水手动旁路调节阀，然后关闭蒸汽发生器、仪表电源开关及切断总电源。
紫铜管规格：直径Φ16mm×1.5mm，长度 L=1010mm Ai=πdiL=3.14×（0.016-0.0015×2）×1.01=0.04123 ㎡ Ao=πdoL=3.14×0.016×1.01=0.05074 ㎡
o
V C p ( t 2 t1 ) Ao (T Tw ) m V C p ( t 2 t1 ) Ai ( tw t ) m
0.5 998.24 4.185 10 3 35.7 - 20.5 3600 7780W/（m 2·K） 0.05074 22.38 0.5 998.24 4.185 10 3 35.7 - 20.5 3600 4144W/（m 2·K） 0.04123 51.71
i 0.023
0 .8 0 .4 Re Pr di
2
（4-7）
αi——流体在直管内强制对流时的给热系数，W/（m ·℃）； λ——流体的热导率，W/（m·℃）； di——内管内径，m； Re——流体在管内的雷诺数，无量纲； Pr——流体的普兰特常数，无量纲。 式中，定性温度均为流体的平均温度，即 tf=（t1+t2）/2。
VC（ ） 0 A（ （ p t 2 - t1 0 T - Tw） m iA i t w - t） m
（4-1）
式中
V——被加热流体体积流量，m3/s； ρ——被加热流体密度，kg/m3； Cp——被加热流体平均比热容，J/（kg·℃）； αo，αi——水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁 的对流发给热系数，W/（m2·℃）； t1，t2——被加热流体进、出口温度，℃； Ao，Ai——内管的外壁、内壁的传热面积，m2； （T-Tw）m——水蒸气与外壁的对流平均温度差，℃；
表 4-2
实验 流量 V 次数 /（m3/h） 1 2 3 0.5 1 1.7 Nu Re
对流给热系数测定实验结果
Pr Nu· Pr-0.4 3002.383 4737.354 6248.263 αi αo Ko
/[W/(m2·K)] /[W/(m2·K)] /[W/(m2·K)] 4144.53 6539.51 8625.19 7780.02 11657.08 14392.46 2342.10 3620.10 4699.27
五、 实验数据及数据处理
表 4-1 对流给热系数测定实验数据记录
实验次 流量 V t1 数 /（m3/h） /℃ 1 2 3 0.50 1.00 1.70 20.5 20.4 20.4 t2 /℃ 35.7 32.4 29.8 Tw11 /℃ 76.8 77.6 78.9 Tw12 /℃ 82.0 82.6 77.1 Tw13 /℃ 85.6 86.8 82.5 Tw21 /℃ 79.4 73.8 74.4 Tw22 /℃ 79.0 75.8 76.4 Tw23 /℃ 79.0 75.8 76.4 T1 /℃ 102.7 102.5 103.1 T2 /℃ 102.7 102.5 103.1
南京工业大学化工原理实验报告
实验四、
实验日期： 2016.11.19
对流给热系数测定
一、 实验目的
1、观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象； 2、测定空气或水在圆形直壁管内外冷凝系数； 3、测定蒸汽在水平管外冷凝给热系数； 4、掌握热电阻测温方法。
二、 基本原理
在套管 换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以水，水蒸气冷凝放热以 加热水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：
i
K 可由下式得：
K o A o t m VC（ ） p t 2 - t1 （T t ） （ - T1 - t 2） （102.7 - 20.5） （ - 102.5 - 35.7） t m 2 1 74.34℃ T t 102.7 - 20.5 In 2 1 In T1 - t 2 102.5 - 35.7 0.5 998.24 4.185 10 3 （35.7 - 20.5） VC（ p t 2 - t 1） 3600 Ko 2342.1W/（m 2 K） A o t m 0.05074 74.34
计算示例： 定性温度 tm=（t1+t2)/2=28.1℃ 28.1℃时查附录可得水的物性参数： Cp=4.185×103J/（kg·K） ρ=998.24kg/m3 Tw1=（Tw11+Tw12+Tw13)/3=81.47℃ tw1≈Tw1=81.47℃ Tw2=（Tw21+Tw22+Tw23)/3=79.13℃ Tw2≈Tw2=79.13℃ T1-Tw1=102.7-81.47=21.23℃ T2-Tw2=102.7-79.13=23.57℃ tw1-t1=81.47-20.5=60.97℃ tw2-t2=79.13-35.7=43.43℃
（4-3）
Tw1，Tw2，tw1，tw2——外壁和内壁上进出口温度，℃。 由式（4-1t 2 t1 ) Ao (T Tw ) m
（4-4）
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南京工业大学化工原理实验报告
i
V C p ( t 2 t1 ) Ao (t w t ) m
（4-5） 在水平管外，蒸汽冷凝给热系数，可由下列半经验公式求得：
2 g3 r 14 o 0.725 （ ） d o t
（4-6） 2 式中 αo——蒸汽在水平管外的冷凝给热系数，W/（m ·℃）； λ——水的热导率，W/（m·℃）； 2 g——重力加速度，9.81m/s ； 3 ρ——水的密度，kg/m ； r——饱和蒸汽的冷凝潜热，J/Kg； 2 μ——水的粘度，N·s/m ； do——内管外径，m； Δt——蒸汽的饱和温度 ts 和壁温 tw 之差，℃； 式中，定性温度除冷凝潜热为蒸汽饱和温度外，其余均取液膜温度，即 tm= （ts+tw）/2，其中：tw=（Tw1+Tw2）/2。 流体在直管内强制对流时的给热系数，可按下列半经验公式求得： 湍流时： 式中
3
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（T1 - Tw1） （ - T2 - Tw2） 21.23 - 23.57 （T - Tw） 22.38℃ m T1 - Tw1 21.23 In ln 23.57 T2 - Tw2 （t w1 - t1） （ - t w2 - t 2） 60.97 - 43.43 （t w - t） 51.71℃ m t w1 - t1 60.97 In ln 43.43 t w2 - t 2
6247.542 13609.89 9857.775 27219.77 13001.766 46273.61
6.2461 6.2461 6.2461
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图 4-2 雷诺数指数
六、 实验结果讨论
（1）实验结果 ①理论上，冷流体给热系数应随流量的增大而增大，蒸汽冷凝给热系数和 对流给热系数应随流量的增大而减小。而实验结果中，蒸汽冷凝给热系数和冷流 体给热系数及对流给热系数均增大，可能是由于冷凝速度均较慢，管外水膜形成 变化较小导致给热系数均主要受流量影响。 ②按冷流体给热系数的模型式得 A=2.704，m=0.6018 （2）思考题 ①实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？ 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同 进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 ②蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响，应采取什么措 施？ 答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体 会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压 力升高，从而制冷量会降低。 ③实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响，如何及时排走冷凝 水？ 答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。 在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。 ④实验中，所测得的壁温是靠近蒸气侧还是冷流体侧温度？为什么？ 答：靠近蒸气温度；因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。 ⑤如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？ 答：基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故上式值变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联 式无影响。
（T1 - Tw1） （ - T2 - Tw2） （T - Tw） m T -T ln 1 w1 T2 - Tw2
（4-2）
T1，T2——蒸汽进出口温度，℃； （tw-t）m——内壁与流体间的对数平均温度差，℃；
（t w1 - t1） （ - t w2 - t 2） （t w - t） m t -t ln w1 1 t w2 - t 2