换热器传热系数测定

测量段（紫铜内管）长度L（m)
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。
3、调节空气流量旁路阀的开度，使压差计的读数为所需的空气流量值。从最小到最大流量依次测量,每改变一次流量，稳定5～8min,，读取孔板流量计压差Δp,入口温度t1,出口温度t2,和TW值，并记录下读数，测量6组数据。
5页
内传热面积S1=π×d1×L=××=(m2),
内传热面积S2×d2×L=××=(m2)。
以第一组数据为例：
1、确定空气物理性常数λ、CP、ρ、 。根据定性温度查表得到。
t1=℃,t2=℃,
测量段上空气的定性温度 (℃),
测量段上空气的平均密度ρm=(Kg/m3)。平均比热CPm=1005(J/Kg·k)，
4、测量完毕后，先打开强化套管的空气和蒸汽支路控制阀，再关闭普通套管空气和蒸汽支路控制阀，重复步骤3，进行强化套管换热器的实验。测定6组实验数据。
5、实验中应注意观察储水罐中水位，若水位降至液位计下端处线，应及时补水。
（三）实验结束
关闭加热开关，过5min后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。再关总电源。
六、注意事项
同理得到强化管准数关联式 中的常数A，m。
4、强化比的确定
2页
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Nu0,强化比= 。
5、换热器总传热系数 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：
答：本实验强化套管是采用在换热器内插入螺旋线圈来实现的，增大对流传热系数，增强传热效果，但是额外加入的金属螺旋线圈会花费额外的费用。
4、强化传热的效果一般如何评价采用什么作为评价指标。
答：单纯研究强化手段的强化效果，不考虑阻力影响，用强化比作为指标，形式是 。
5、空气速度和温度对给热系数有何影响
答：空气流速越快，吸附的能量少，传热系数越小，空气温度越高，能吸附的热
（5 5）
其中，传热准数： （5 6）
雷诺准数： （5 7）
其中：u-测量段上空气的平均流速： （5 8）
普朗特准数： （5 9）
对于管内被加热的空气，普朗特准数 变化不大，可认为是常数，关联式简化为：
（5 10）
通过实验确定不同流量下的 与 。
3、关联式 中的常数A，m的确定：
以 纵坐标，Re为横坐标，在对数坐标上绘关系，作图、回归得到准数关联式 中的常数A，m。
内传热面积S1= 外传热面积S2=流通截面积F=
N0.
1
2
3
4
5
6
孔板流量计压差ΔP/KPa
t1/℃
t2/℃
Tw/℃
tm/℃
ρm(kg/m3)
λm(w/m·℃)
Cpm(J/Kg·℃）
1005
1005
1005
1005
1005
1005
μm×105
Δtm(℃）
V20(m3/h)
Vt1(m3/h)
Vm(m3/h)
5、分别求取普通套管换热器、强化套管换热器的总传热系数 。
3、实验原理
1 、对流传热系数 的测定：
（5 1）
式中： —管内流体对流传热系数，w/（m2·℃）； Qi—管内传热速率，w；
（5 2）
式中： —空气流过测量段上平均体积，m3/h ；
—测量段上空气的平均密度，kg/m ；
—管内传热面积， m；
V20—20℃时体积流量，m3/h。
五、实验方法与步骤
（一）实验前的准备及检查工作
1、向电热釜中加水至标志线上端处。
2、向冰水保温瓶中加入适量冰水，并保证整个实验过程中热电偶冷端均处于0℃。
3、检查空气流量旁路调节阀是否全开，检查普通套管换热器的空气支路控制阀是
否打开，使其分别与蒸汽上升支管和大气相通，并将强化套管换热器的进出口的阀门全部关闭。
5
6
孔板流量计
压差ΔP/KPa
t1/℃
t2/℃
Tw/℃
2014年11月25日
指导教师评定意见
实 验
成 绩
指导教师签 名
10页
图4-4 K—∆P关系曲线
表2 恒压过滤常数汇总表
曲线序号
1
2
3
过滤压MPa
过滤常数
斜率
12826
截距
滤饼可压缩性指数
S=
特性参数
=
页
8、管内总传热系数 (w/m2℃)
图2 关系曲线图
7页
（二）强化管实验数据处理
表四 强化管实验数据整理表
设备编号：2# 传热管内径d1=20mm 传热管外径d2=22mm 传热管长度=内传热面积S1= 外传热面积S2= 流通截
4
5
6
孔板流量计压差ΔP/KPa
t1/℃
t2/℃
Tw/℃
1、最大最小流量值一定要做。
2、实验中应注意观察储水罐中水位，若水位降至液位计下端处线，应及时补水。
3、电热釜，是生产水蒸气的装置，为了安全和长久使用，建议最高加热电压不超过200V。
七、数据处理及计算实例（第二套）
4页
表三 普通管实验数据整理表
设备编号：2# 传热管内径d1=20mm 传热管外径d2=22mm 传热管长度=
tm/℃
ρm(kg/m3)
λm(w/m·℃)
Cpm(J/Kg·℃)
1005
1005
1005
1005
1005
1005
μm*10^5
Δtm(℃)
V20(m3/h)
Vt1(m3/h)
Vm(m3/h)
um(m3/h)
Qi(w)
αi(w/m2℃)
Re
4019
10353
15228
19131
23148
26648
Nu
5、求管内传热系数 。由公式（5-1）求得：
w/（m2·℃）。
6、求传热准数 。由公式（5-6）求得：
求雷诺准数Re。由公式(5-7)求得：
6页
其中管内平均流速um，由公式 (5-8) 求得：
求普朗特准数Pr。由公式（5-9）求得：
7、求准数关联式 中的常数项A,m。
以 纵坐标，Re为横坐标，在对数坐标上绘 关系图，并进行回归公式。见图2
Pr
Nu/
强化管关联式 Nu=A=,m=
K0(w/m2℃)
Nu0
Nu/Nu0
同理，处理强化管的实验数据，作图、回归得到准数关联式 中的常数A，m。
8页
9、计算强化比 将强化管的Re、Pr值代入普通管的准数关联式中，求 。
强化比
6、误差分析
1、感温棒距离蒸汽排出口太近，对温度影响较大，使得测得进口温度不稳定，读数不准确，对实验有一定影响。
1页
—测量段上空气的平均比热，J/（）；
—管内流体空气与管内壁面的平均温度差，℃。
（5 3）
当 2> / > 时，可简化为
（5 4）
式中： ， —冷流体（空气）的入口、出口温度，℃；
— 壁面平均温度，℃。
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：
2、仪器自身存在系统误差。
3、冷凝水不及时排走。
7、思考题
1、空气与水蒸气的流向对传热效果有何影响
答：逆流传热效果最好，并流效果较差，当一侧为恒温时，并流与逆流无差别。
2、本实验中管壁温度是蒸汽温度还是空气温度为什么
答：蒸汽温度。蒸汽的对流传热系数较大，壁温比较接近对流传热系数大的流体温度。
3、本实验中强化管的强化效果如何实现
4、了解强化换热的基本方式，确定传热强化比 。
二、 实验内容与要求
1、测定不同空气流速下普通套管换热器的对流传热系数 α i 。
2、不同空气流速下强化套管换热器的对流传热系数 α i 。
3、分别求普通管、强化管换热器准数关联式 中常数 A、m的值。
4、根据准数关联式 ,计算同一流量下的传热强化比 。
um(m3/h)
Qi(w)
αi(w/m2℃）
Re
5359
14124
20483
25925
30570
32676
Nu
Pr
Nu/
光滑管关联式 Nu=A=,m=
K0(w/m2℃）
（一）普通管实验数据处理
计算实例：
已知：传热管内径d1=,外径d2=,传热管长度L=,
流通截面积：F=π×d2/4=×4=(m2),
量少，传热系数也会越小。
8、实验心得体会
本实验的稳定性以下因素影响：空气和蒸汽的流向，冷凝水不及时排走，蒸汽冷凝过程中，存在不冷凝气体。如果使空气走壳程，水走管程，根据流体在管外的强制对流公式，可求出空气一侧的对流传热系数α值。
9页
实 验 原 始 记 录
表一：普通管实验数据原始记录表
设备编号：2# 传热管内径d1=20mm传热管外径d2=22mm
传热管长度= 内传热面积S1= 外传热面积S2=
流通截面积F=
NO.
1
2
3
4
5
6
孔板流量计
压差ΔP/KPa
t1/℃
t2/℃
Tw/℃
表二：强化管实验数据原始记录表
设备编号：2# 传热管内径d1=20mm传热管外径d2=22mm
传热管长度= 内传热面积S1= 外传热面积S2=
流通截面积F=
NO.
1
2
3
4
平均导热系数λm=(w/m·K)，平均黏度 =×10-5（Pa·s)。
2、求冷热流体间的平均温差 。由公式（5-4）可得：
(℃)。
3、求管内平均体积流量Vm。由公式（5 12）、（5 13）、（5 14）求得：
（m3/h），
（m3/h），
（m3/h）。
4、求传热速率Qi。由公式（5-2）求得：
（w)。