空气-蒸汽对流给热系数测定数据处理
实验五 空气_蒸汽对流给热系数
76.3
76.4
76.7
76.9
77.2
75.9
78.9
78.8
43.2
23.9
75.8
75.6
76.2
76.4
76.5
76.7
76.8
75.6
78.8
78.9
43.5
24.2
75.8
75.5
76.2
76.4
76.5
76.7
76.8
75.6
78.8
78.9
43.6
24.4
75.8
75.6
76.2
102.5
103.1
15
51.8
83.1
102.3
103
10
49.9
82.9
102.4
103.1
7.5
47.6
82.5
102.4
103.2
5
表2冷流体特性参数
空气流速u（m/s）
对数平均温度差Δt
冷流体平均温度
空气密度ρ(Kg/m3)
空气质量流量qm（Kg/h)
空气黏度μ(Pa/s)×10-5
空气的导热系数λ（W•m﹣¹•K﹣¹)
cPF＝1.01＋(3.1949× ×lg37.7－5.5099×37.7－3.0506× )×10﹣³
＝0.84kcal/Kg＝161.7KJ/(Kmol•℃)
q= 1+161.7×（83.4－41.82）／90883.7＝1.0740
故加料线方程y＝ X－ ＝14.5X－2.58
＝ ＝0.246
即61.26/0.6950.4=A•25008m
50.90/0.6950.4=A•20388.1m
对流传热系数的测定实验报告
淅江丈禽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、实验容和原理 (3)1.间壁式传热基本原理 (3)2.空气流呈的测定 (5)3.空气在传热管对流传热系数。
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 (7)4.拟合实验准数方程式 (8)5.传热准数经验式 (8)四、操作方法与实验步骤 (9)五、实验数据处理 (10)1.原始数据： (10)2.数据处理 (10)六、实验结果 (13)七、实验思考 (14)、实验目的和要求1） 掌握空气在传热管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）排岀，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。
空气山风机提供, 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 换热器管，热交换后从风机岀口排出。
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。
空气-蒸汽对流给热系数测定数据处理(数据表格、计算示例及图解)
一、原始数据记录表二、计算结果表实验号流量 温度（℃）m 3/h冷流体进口温度t1 冷流体出口温度t2 冷流体进口侧蒸汽温度T1冷流体出口侧蒸汽温度T2 1 5 35.8 76.8 102.9 102.4 2 7.5 36.6 76.5 101.9 101.2 3 10 37.2 76.9 102.2 101.8 4 12.5 38.4 77.5 102.5 102 5 15 40.1 77.8 102.4 101.9 6 17.5 41.9 78.3 102.5 101.9 7 20 43.4 78.6 102.4 101.8 8 22.544.1 78.5 102.5101.9序号Δt m \℃K W/m 2·℃Pr Re X Y m α21 43.2337 29.90223 0.597055 7324.592 1.143919 0.033442 0.020978 41.67203 2 41.99407 44.92077 0.596638 10982.84 0.826950.022261 0.020978 57.64489 3 41.92402 59.64674 0.595804 14633.02 0.656813 0.016765 0.020978 72.57683 4 41.33924 74.365130.5943118267.16 0.549236 0.013447 0.020978 86.79224 5 40.38487.940270.592657 21888.62 0.474507 0.011371 0.020978 100.4611 6 39.42766 101.6829 0.593118 25494.11 0.418598 0.009834 0.020978 113.8787 7 38.54594 114.7875 0.591641 29098.25 0.376053 0.008712 0.020978 126.7624 838.45563 126.43840.591149 32721.39 0.342197 0.007909 0.020978 139.3041计算示例：（以第一组为例）平均温度t 平均1=（t 1+t 2）/2=(35.8+76.8）/2=56.3℃ 此温度下，空气的各项物性分别为：空气进口处密度ρ’=1E-05*t 2-4.5E-03*t+1.2916=1.069947 空气的比热Cp ：1005J/（kg ·℃） 温度在60℃以下 空气的导热系数λ=-2E-08*t 2+8*E-05*t+0.0244=0.028841空气的粘度μ=（-2E-06*t 2+5*E-03*t+1.7169）*1E-05=1.71338E-05序号平均温度t 平均空气进口处密度ρ’ 空气质量流量m 2 空气的比热Cp 实际流量V ’ 空气的导热系数λ空气的粘度μ NuNu/Pr 0.4ln(N u/Pr 0.4ln(R e)156.3 1.069947 0.001577 1005 0.001474 0.0288411.71338E-05 23.11853 28.41545 3.346933 8.898993 256.55 1.069104 0.002365 1005 0.002212 0.028861.71333E-05 31.95831 39.29159 3.671011 9.30409 357.05 1.067422 0.00315 1005 0.002951 0.0288991.71324E-05 40.18246 49.43051 3.900568 9.591036 457.95 1.064407 0.003932 1005 0.003694 0.0289691.71308E-05 47.93689 59.02894.078027 9.81286558.95 1.061076 0.004712 1005 0.00444 0.0290461.7129E-05 55.33806 68.21856 4.222717 9.993722 660.1 1.05727 0.005487 1009 0.00519 0.0291361.71268E-05 62.53688 77.06899 4.344701 10.1462 761 1.05431 0.006262 1009 0.005939 0.0292061.71251E-05 69.44557 85.66854 4.450486 10.27843 861.3 1.053327 0.007041 1009 0.006685 0.0292291.71245E-0576.25566 94.10077 4.544366 10.39578标定用流体的体积流量V 1=5m 3/h ρf=7800kg/m 3 ρ=1.205kg/m 3，由此可得出实际的空气流量为： V ’=()ρρρρρρ--f f ’）’（V=）（）（ 1.205-78001.069947 1.069947-7800205.136005=0.001474空气质量流量m 2=ρ’V ’=1.069947*0.001474=0.001577 d 2=0.016m l=1m 换热面积A=π*d 2*lm=0.020978d 4023.018.128.0=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯π K=m 122p 2t t -t m ∆A c ）（=43.2337*1*016.0*35.8-76.8*1005*0.001577π）（=29.90223Pr=λμ*p c =0.02884105-1.71338E *1005=0.597055Re===2d *V *4·d d πμρμρ’u 0.016*05-1.71338E * 1.069947*0.001474*4π=7324.592 X=8.022224.0Pr 1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯μλm = 1.1439190.00157705-1.71338E 0.597055*0.02884118.00.4=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯ 0.0334421==KY 8.0224.0222m m Pr ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=μλα=41.6720305-1.71338E 0.0015770.0209780.597055*0.0288418.00.4=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯ 因为流体是被加热，故Nu 中n 取0.4，则：23.11853r *e *023.0u 4.08.0==P R N 28.415450.59705523.11853r 0.44.0==P Nu 3.3469330.59705523.11853ln Pr ln 0.44.0=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛Nu 8.898993Re ln =）（三、冷流体给热系数的准数式：Nu/Pr 0.4=ARe m，由实验数据作图拟合曲线方程，确定式中常数A 及m,如下：500010000150002000025000300003500040000450005000020406080100ReData: Data1_B Model: Allometric1Equation: y = a*x^b Weighting: y No weightingChi^2/DoF = 2.8642E-11R^2= 1 a 0.023±1.9337E-8b 0.8±8.3367E-8N u /P r 0.4作曲线如上,按照y=a*x^b 拟合，由表内数据可知a=0.023，b=0.8；与Nu/Pr 0.4=ARe m 比较，即确定常数A=0.023,m=0.8 ，与经验式Nu/Pr 0.4=0.023Re 0.8中数值完全一致.四、以ln(Nu/Pr 0.4）为纵坐标，ln(Re ）为横坐标，如下:8.89.09.29.49.69.810.010.210.410.63.23.43.63.84.04.24.44.6ln(Nu/Pr0.4 Linear Fit of C1l n (N u /P r 0.4ln(Re)Equation y = a + b*xAdj. R-Squ 1ValueStandard ErC1Intercep -3.772 5.88102E-6C1Slope0.8 5.99225E-7作曲线如上,按照y=a+b*x 拟合，由表内数据可知a=-3.772，b=0.8；即ln(Nu/Pr 0.4)=-3.772+0.8*ln(Re),取e 的指数，两边消去ln ，则8.0Re ln 772.30.4)ln(N u/PrRe 023.0*Nu/Pr 8.00.4===-e e e ,与Nu/Pr 0.4=ARe m比较，即确定常数A=e -3.772=0.023,m=0.8 ,与经验式Nu/Pr 0.4=0.023Re 0.8中数值完全一致.。
化工原理——传热实验NP
一、实验课程名称：化工原理二、实验项目名称：空气－蒸汽对流给热系数测定 三、实验目的和要求：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。
四、实验内容和原理实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算α，关联出相关系数。
实验原理：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()()()()m m 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）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，℃。
固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算，()()()22112211ln t t t t t t t t t t W W W W m W -----=- （4－3）式中：t W 1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；t W 2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。
热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算，()()12211221m t T t T ln t T t T t -----=∆ （4－4）δ TT W t Wt图4－1间壁式传热过程示意图当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4－1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数，()()MW p t t A t t c m --=212222α （4－5）实验中测定紫铜管的壁温t w1、t w2；冷空气或水的进出口温度t 1、t 2；实验用紫铜管的长度l 、内径d 2，l d A 22π=；和冷流体的质量流量，即可计算α2。
空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告
空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告本实验使用臭氧编码器，通过悬浮思路分析，利用不同的匀速度下不同的温度差分析空气-水蒸气的对流换热系数，帮助我们理解空气-水蒸汽对流的过程。
本文将对实验的设备、方法、结果及分析进行详细介绍。
一、实验设备1. 实验室气体混合系统2. 实验室压力传感器4. 实验室水蒸气浸润计6. 实验室数据采集器二、实验方法1. 设计实验2. 实验片段将实验室气体混合系统、压力传感器、温度传感器、水蒸气浸润计和湿度传感器等设备设置在实验室中，同时使用数据采集器对数据进行实时记录。
在实验中，我们首先设置了一个不同的温度差，然后观察它们在不同的匀速度下的换热系数。
通过计算，我们可以得到不同匀速下不同温度差的换热系数。
三、实验结果及分析通过实验结果和数据分析，我们得到不同温度差和匀速度下的换热系数。
1. 换热系数随着温度差的增加而增加我们可以看到，在温度差越大的情况下，热传导的能力也越强。
颗粒与颗粒之间的间距越小，热量间的转移就越快，因此换热系数也越高。
当温度差在一定的范围内，换热系数与温度差的平方成正比。
我们还可以看到，在匀速越大的情况下，换热系数也会越大。
当匀速越大时，颗粒间的热传导也会越快，从而使换热系数更大。
综合以上分析，我们可以得到空气-水蒸汽的对流换热系数与温度差和匀速度密切相关。
当温度差和匀速度越大时，换热系数也会越大。
同时，通过这些实验结果，我们可以更好地理解空气-水蒸汽对流的过程。
四、实验结论通过本次实验，我们可以得出以下结论：1. 空气-水蒸汽的对流换热系数与温度差成正比，当温度差越大时，换热系数也会越大。
因此，我们可以通过控制空气-水蒸汽的温度差和匀速度来控制其换热系数，从而更好地理解热传导过程。
实验4传热(空气—蒸汽)
实验四：传热（空气—蒸汽）实验一、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、实验原理对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：(4-1)对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故（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再两边取对数，即得到直线方程：（4-3）在双对数坐标中作图，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：（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：实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。
根据定性温度（冷空气进、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：（4-5）式中：α—传热膜系数，[W/m2·℃]；Ｑ—传热量，［Ｗ］；Ａ—总传热面积，[m2]；△tm—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]。
传热量Q可由下式求得：（4-6）W—质量流量，[kg/h]；Cp—流体定压比热，[J/kg·℃]；t1、t2—流体进、出口温度，[℃]；ρ—定性温度下流体密度，[kg/m3]；V—流体体积流量，[m3/s]。
三、实验设备四、实验步骤1.启动风机：点击电源开关的绿色按钮，启动风机，风机为换热器的管程提供空气2.打开空气流量调节阀：启动风机后，调节进空气流量调节阀至微开，这时换热器的管程中就有空气流动了。
对流给热系数的测定(数据处理)
实验三 对流给热系数的测定一、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（或水）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、基本原理在套管换热器中，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 （1-1）式中： V ——被加热流体体积流量，m3/s ； Ρ——被加热流体密度，kg/m3； 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/(m2·℃)； 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，m2；(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：m w P i t t A t t C V )()(012--=ρα （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 。
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，℃。
实验7. 空气-蒸汽对流给热系数的测定
实验7. 空气－蒸汽对流给热系数的测定一、实验目的1.熟悉传热过程及间壁式换热器的结构，掌握热电阻的测温方法；2.观察蒸汽在水平冷凝管外壁上的冷凝现象，测定对流给热系数h ；3.测定努塞尔数Nu 与雷诺数e R 之间的关系，并确定它们的关联式；4.了解强化传热的途径，分析热交换过程的影响因素。
二、基本原理工业生产中冷流体和热流体常通过固体壁面进行热量交换，此种换热方式称为间壁式传热。
间壁式传热过程是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过程组成，间壁式传热过程如图2—10所示。
当传热过程达到稳定时，它们有如下关系： 图2—10 间壁式传热过程示意图()()()()112122121122m p m p W W m M mq c t t q c T T h A t t h A T T KA t Φ=-=-=-=-=∆ （2—45） 式中：Φ—传热速率，W ；q m1、q m2 —冷、热流体的质量流量，1kg s -⋅； c p1、c p2 —冷、热流体的比热容，11kJ kg K --⋅⋅；T 1 、T 2—热流体的进出口温度，K ； t 1、t 2 —冷流体的进出口的度，K ；A 1、A 2—冷、热流体侧的对流传热面积，m 2；12,h h —冷、热流体与固体壁面的对流给热系数，21W m K --⋅⋅； ()W m t t -、()W m T T -—冷、热流体与固体壁面的对数平均温度差，K ；K —总传热系数，21W m K --⋅⋅； A —传热面积，m 2；m t ∆—对数平均温度差，K ；热流体与固体壁面的对数平均温差可由下式计算()()()22112211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----=- （2－46）式中：12,W W T T —热流体进出口处热流体侧壁面的温度，K 。
固体壁面与冷流体的对数平均温差可由下式求得()()()22112211ln t t t t t t t t t t W W W W m W -----=- （2－47）式中：12,W W t t —冷流体进出口处冷流体侧壁面的温度，K ； 冷热流体间的对数平均温度差可由下式计算()()12211221ln m T t T t t T t T t ---∆=-- （2—48）在套管式换热器中，由于水蒸气通过套管的环隙，冷空气或水通过内管间，测定对流给热系数时，由式（2—45）可得内管内壁面与冷空气或水的对流给热系数()()112111p W mm c t t h A t t -=- （2—49）实验中，要测定内管的壁温t w1和t w2，冷空气或水的进出口温度t 1和t 2；实验用套管的长度l ，内径d 1，换热面积11A d l π=，冷流体的质量流量及比热容，即可求得对流给热系数h 1。
冷空气——蒸汽的对流传热实验
∆������������
=
∆������1−∆������2 ������������∆∆������������12
=
(99.5−25.1)−(99.5−67.7) ������������9999..55−−2657..17
℃=50.12℃
传
热
速
率
Q
=
������������������������������(������2
5.稳定 10~15min，记录冷空气流量，蒸汽温度和冷空气进、出口温度。
6. 调节空气 支路调节阀（ 逐渐关闭闸阀 16），改变冷空气流量，稳定 10~15min后，记录冷空气流量，进、出口温度和蒸汽温度。
7.重复操作实验步骤 6 八至十次，流量从大到小，均匀分布，完成 1#换热器 的测定。
8.全开冷空气支路调节阀（闸阀 16），选择另一个换热器 2#换热器，全开此 换热器切换阀（球阀 2），管壁已做完实验的 1#换热器的切换阀（球阀 3）。
内径：25mm
外径：30mm
定性温
度������������ （℃）
传热面 积A （m2）
平均 传热速 温差 率 Q ∆������������(℃) （W）
总传热 系数 K （W/( m2/s)）
管长：1.3m
Nu
Re
1 19.8 46.4 0.123 50.1 260.44 45.63 40.4 15620.6
3 48.7 54.8 0.123 41.7 503.75 74.80 66.2 38420.3
4 45.0 53.5 0.123 43.8 489.10 74.32 65.8 35501.3
5 40.7 52.8 0.123 43.4 457.44 70.44 62.3 32109.0
空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告
一．实验课程名称 化工原理二．实验项目名称 空气－蒸汽对流给热系数测定 三、实验目的和要求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。
四．实验内容和原理实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算α，关联出相关系数。
实验原理：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()()()()m m 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）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，℃。
固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算，()()()22112211ln t t tt t t t t t t W W W W m W-----=- （4－3）δ TT W t Wt图4－1间壁式传热过程示意图式中：t W 1 － 冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，℃；t W 2 － 冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，℃。
热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算，()()12211221m t T t T lnt T t T t -----=∆ （4－4）当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4－1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数，()()MW p t t A t t c m --=212222α （4－5）实验中测定紫铜管的壁温t w1、t w2；冷空气或水的进出口温度t 1、t 2；实验用紫铜管的长度l 、内径d 2，l d A 22π=；和冷流体的质量流量，即可计算α2。
实验三+蒸汽─空气对流传热传热系数的测定
实验三 蒸汽─空气对流传热传热系数的测定一、实验目的1． 测定套管式换热器的总传热系数K ；2． 测定圆形直管内传热膜系数α，并学会用实验方法将流体在管内对流及强制对流 时的实验数据整理成包括传热膜系数α的准数方程式；3． 了解并掌握热电偶和电位差计的使用及其温度测量。
二、基本原理1．测定传热系数K根据传热速率方程式：m T KA ∆=φ （1）mT A K ∆=φ（2）式中： φ传热速率，W ； K 总传热系数，W/(m 2·℃)；A 传热面积； m T ∆两流体的平均温度差。
实验时，若能测定或确定φ、A 和，则可测定K 。
m T ∆⑴ 实验是测定蒸汽加热空气时的对流传热总传热系数，其中蒸汽通加套管环隙加热内管的空气，具体的流程如下：在不考虑热损失的条件下，有)(122211T T c q r q p −==m m φ （3）式中： q m1— 蒸汽冷凝液的质量，kg/s ； r 1 — 蒸汽冷凝潜热，J/kg ；q m2— 空气的质量流量，kg/s ； c p2 — 空气的定压比热，J/(kg ·K)；T 1、T 2— 空气的进出口温度，℃； T W1、T W2— 内管外壁温度与内壁温度，℃。
实验中传热速率φ按空气的吸热速率计算。
其中空气的质量流量由孔板流量计测量其 体积流量后转化为质量流量。
即：q m =t ρq V （4）式中：t ρ—为空气进出口平均温度下的密度，kg/m 3。
q V — 为空气的体积流量，m 3/s 。
本实验中，空气的体积流量由孔板流量计测量并通过压力传感器将其差压数字在显示仪表上显示出。
20℃ 下空气流量由公式（5）计算。
6203.000)(p C q t ∆×=V （5）其中， — 20℃ 下的体积流量，m 0t q V 3/h ；C 0— 孔板流量系数，本实验装置中其值为22.696。
p ∆—孔板两端压差，kPa 。
则实验条件下的空气流量q V (m 3/h)则需按下式计算：2732730t Tq q t t ++×=V V式中：t q V —实验条件（管内平均温度）下的空气流量，m 3/h 。
对流传热系数测定实验(对华理设备)
实验指导教师：曾明荣
对流传热概述
根据热力学第二定律，凡是存在温度差的地方就 会发生热量传递，并导致热量自发地从高温处向低温 处传递，这一过程称为热量传递过程，简称传热。
热量传递过程分为稳态过程与非稳态过程两大类。
热量传递有三种基本方式：热传导、对流和热辐 射。
在化工生产中传热的应用主要是两个方面：
实验原理
根据传热基本方程、牛顿冷却定律 以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设 备的结构尺寸，只要测得传热速率Ｑ以 及各有关温度，即可算出Ｋ和α等。
间壁式换热装置
对于间壁式传热过程，可以 将其看成是由下述三个传热子过 程串联而成：
（1）热流体与固体壁面之间的对 流传热过程；
（2）热量通过固体壁面的热传导 过程；
1
d
0.7
l
式中：α为采用上式计算的对流传热系数； α/为流体流经短管的平均对流传热系数。
流体在圆形直管内 呈过渡流时的对流传热系数
管内流动处于过渡流状态，即在2300<Re<104的范 围内，其传热情况比较复杂。在此情况下的对流传热 系数可先用湍流时的经验关联式计算，然后将计算所 得到的对流传热系数再乘以小于1的修正系数，即
3.蓄热式传热。（图例）
影响换热器传热速率的参数有：传热面积、平 均温度和传热系数。
对流传热的概念
不同温度的流体各部分之间，或流体与固体 壁面之间作整体相对位移时所发生的热量传递过 程，称为对流传热。
影响对流传热的因素：
（1）流体的相态变化； （2）引起流动的原因(强制对流传热和自然对流传热)； （3）流体的流动型态(层流和湍流)； （4）流体的物理性质(包括流体的比热容、导热系数、密 度和黏度等）； （5）传热面的几何因素(传热面的形状、大小等）。
空气蒸汽对流给热系数测定
实验数据记录与处理计算示例（以次序1数据作为计算示例）：空气进口处密度：2916.138.9105.48.93102916.1105.4t 10325325+⨯⨯-⨯=+⨯-=----t ρ=1.13kg/m 3空气质量流量：skg V m s /1300.0360031.14.32=⨯=⨯=ρ空气流速：sm dVu /5.94016.0016.014.33600 4.3442=⨯⨯⨯⨯==π空气定性温度：()64.8)90.78.93(212121平均=+=+=t tt °C则空气比热：9100=Cp J/(kg·°C)定性温度下的空气密度'ρ：3325325'/40.12916.164.8105.464.8102916.1105.410m kg t t=+⨯⨯-⨯=+⨯-=----ρ冷、热流体间的对数平均温差：()()33.488.935.01090.74.610ln)8.935.010()90.74.610(ln12211221=-----=-----=∆t T t T t T t Tt m传热面积：2220502.01016.014.3m l d A =⨯⨯==π对流传热系数：()33.480502.0)8.9390.7(91000058.01222⨯-⨯⨯=∆-=mp t A t t c m K =42.04w/(m 2·°C) 3、2α理论值的计算空气粘度：532610)7169.1105102(---⨯+⨯+⨯-=t t μ=s Pa ⋅⨯=⨯+⨯⨯+⨯⨯-----553261088.110)7169.133.4810533.48102(空气导热系数：702.00244.033.4810833.48102-0244.0108102528-528=+⨯+⨯=+⨯+⨯-=---t tλ雷诺数：5265.151088.140.15.49016.0'Re 5=⨯⨯⨯==-μρdu普兰特数：70.0702.01088.19100Pr 5=⨯⨯==-λμCp努赛尔数：42.04027.0016.042.042=⨯==λαd Nu对于流体在圆形只管内做湍流时的对流传热系数，如符合以下条件：54102.1100.1Re ⨯-⨯=，1207.0Pr -=，管长与管内径之60/≥d l ,则nNu Pr Re023.08.0=。
空气-蒸汽对流给热系数测定
空气－蒸汽对流给热系数测定紫铜管规格：直径φ21×2.5mm ，长度L=1000mm 外套玻璃管规格：直径φ100×5mm ，长度L=1000mm1、原始数据记录如下表：2、根据()()12211221m t T tT ln t T t T t -----=∆ 将冷热流体的进出口温度换算成冷热流体间的对数平均温差,数据总结如下表.3、在0～100℃之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式。
（1）空气的密度与温度的关系式：52310 4.510 1.2916t t ρ--=-⨯+ （2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下p C ＝1005 J / (kg ∙℃),70℃以上p C ＝1009 J / (kg ∙℃)。
（3）空气的导热系数与温度的关系式： 8252108100.0244t t λ--=-⨯+⨯+（4）空气的黏度与温度的关系式：6235(210510 1.716910t t μ---=-⨯+⨯+⨯）按以上公式，并以标准单位换算，得到如下数据结果表：4、对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，若符合如下范围内：Re=1.0×104～1.2×105,Pr ＝0.7～120，管长与管内径之比l/d ≥60,则传热准数经验式为，n 8.0Pr Re 023.0Nu = （4－9） 式中：Nu －努塞尔数，λα=dNu ，无因次；Re －雷诺数，μρ=du Re ，无因次； Pr －普兰特数，λμ=p c Pr ，无因次；当流体被加热时n ＝0.4，流体被冷却时n ＝0.3；按以上公式，并以标准单位换算，得如下数据结果表。
5、由式 ()mp t A t t c m K ∆-=1222，实验测定2m 、2121T T t t 、、、、并查取()2121t t t +=平均下冷流体对应的2p c 、换热面积A ，即可由上式计算得总给热系数K 如下表。
对流给热系数的测定实验
对流给热系数的测定一、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（或水）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、基本原理在套管换热器中，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 （1-1）式中： V ——被加热流体体积流量，m3/s ； Ρ——被加热流体密度，kg/m3； 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/(m2·℃)； 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，m2；(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：m w P i t t A t t C V )()(012--=ρα （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 。
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。
空气—蒸汽对流给热系数测定实验报告及数据、答案.doc
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 实验装置结构参数实验内管内径d i（mm）16.00实验内管外径d o（mm）17.92实验外管内径D i（mm）50实验外管外径D o（mm）52.5总管长（紫铜内管）L（m） 1.3010测量段长度l（m） 1.10 1010图1 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图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；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10 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。