对流换热系数的测定方法
对流给热系数测定实验报告
对流给热系数测定实验报告实验名称:对流换热系数的测量实验一、实验目的1.测量圆形水平直管外的水蒸气凝结换热系数α0和圆形水平直管内冷流体（空气或水）的强制对流换热系数αi2.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和流量调节的方法。
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、实验装置流程图及实验流程简述2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水蒸汽自蒸汽发生器○9.阀门○ 8号污水排入沟渠。
水从阀门流出○4或电动调节阀○5、12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○冷流体水或来自由变频器○13.10进入套管式热交换器、涡轮流量计的内管○ 水或空气流量调节阀○ 加热后排入下水道或通风口。
三、简述实验操作步骤及安全注意事项空气-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。
1.调整手动调节阀○ 10以最大化空气量。
2.启动涡流空气泵○9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小3.排蒸汽管道的冷凝水。
打开阀○8.注意阀门○ 8不能开得太大，否则会有严重的蒸汽泄漏。
阀门○6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，4.调节蒸汽压力。
打开阀○蒸汽开始流入套管环空，并加热内管的外表面。
控制蒸汽压力稳定在0.02MPa，不超过0.05mpa，否则蒸汽不够用。
5.测量不同流量下的相应温度。
当巡检仪在控制面板上显示的11个温度、压力数据和智能流量积算仪显示的空气流量稳定时，记录所有温度、压力6，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流量数据。
然后再调节阀○稳定的温度和压力数据，使共有3个实验点。
7和阀门○ 6、关闭仪器电源和主电源。
6.实验结束后，关闭蒸汽阀○水~水蒸汽系统操作步骤和方法与空气-蒸汽系统基本相同，只是冷流体由空气变为冷水，并且仍然选择了三个实验点。
求空气和管壁面间对流换热系数
求空气和管壁面间对流换热系数对流换热是热工学中一个重要的研究对象，对流换热系数是描述流体和固体壁面之间换热效果的一个重要参数。
而在许多工程领域中，空气和管壁面间的对流换热系数更是备受关注。
本文将围绕这一主题展开讨论，探讨空气和管壁面间对流换热系数的相关影响因素和计算方法。
一、对流换热系数的定义对流换热系数是指单位面积上的传热功率与温差之比，通常用符号"h"表示。
在对流换热过程中，对流换热系数的大小直接影响着传热效果，因此对其的研究和计算具有重要意义。
二、空气和管壁面间对流换热系数的影响因素1. 管道材质管道的材质直接影响着管壁面的导热性能和表面粗糙度，从而影响对流换热系数的大小。
一般来说，导热性能好、表面粗糙度小的管道对流换热系数会较高。
2. 流体性质空气的流体性质，如密度、粘度和导热系数等，也会对空气和管壁面间对流换热系数产生影响。
这些性质与空气的温度、压力等因素密切相关，在对流换热系数的计算中需要综合考虑。
3. 流体流动状态流体的流动状态对对流换热系数有明显影响。
层流和湍流的流动状态下，对流换热系数的大小会有所不同。
在实际工程中需根据流体流动状态的不同进行对流换热系数的计算和分析。
4. 管道几何形状管道的几何形状也会对对流换热系数产生影响。
不同形状的管道在对流换热过程中，由于流体流动状态的差异，其对流换热系数也会有所不同。
在计算对流换热系数时需要考虑管道的几何形状。
5. 表面温度差表面温度差是影响空气和管壁面间对流换热系数的重要因素。
一般来说，温度差越大，对流换热系数也会相应增大。
在工程实践中需要合理控制表面温度差，以提高对流换热系数。
三、空气和管壁面间对流换热系数的计算方法对于空气和管壁面间对流换热系数的计算，通常采用经验公式或数值模拟的方法。
常用的经验公式包括Dittus-Boelter公式、Sieder-Tate 公式等，这些公式都是根据大量实验数据拟合得到的经验公式，适用范围较广。
实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验
实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验一、实验目的1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。
2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式13Re Pr nNu C =⋅⋅。
3. 学习对流换热实验的测量方法。
二、实验原理 1对流换热的定义对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。
2、牛顿冷却公式根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。
即：h=)(f W t t A Q-Q A t=⋅∆ w/m 2·K （8-1）式中：Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m2;w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃；f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃；t ∆— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃；3、影响h 的因素1）.对流的方式： 对流的方式有两种； （1）自然对流 （2）强迫对流 2）.流动的情况：流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。
Re — 雷诺数， Re vud =， 雷诺数Re 的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。
上述公式中，d —外管径（m ），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。
3）.物体的物理性质： Pr — 普朗特数，Pr=αν= cpμ/k 其中α为热扩散率, v 为运动粘度, μ为动力粘度；cp 为等压比热容；k 为热导率； 普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比 4).换面的形状和位置 5).流体集体的改变 相变换热 ：凝结与沸腾4、对流换热方程的一般表达方式强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 强迫对流公式为(Re,Pr)Nu f =自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。
自然对流公式为Nu=f （Gr ，Pr ） 1）.Re=vul =雷诺数Re 的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。
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 。
北京理工大学对流传热系数测定实验
对流传热系数的测定陶虹 1120112863一、实验目的1、通过对传热系数a 准数关联系的测定，掌握实验方法，加深对流传热概念和影响因素的理解。
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。
3、加深对由实验确定经验公式的量纲分析法的理解4、得出得出单一流体下的总传热系数K 。
二、实验的基本原理1、对流传热系数a i 的测定以蒸汽为加热介质走外管，空气为冷却介质走内管。
对流传热系数a I 可以根据牛顿冷却定律，通过用实验来测定。
由牛顿冷却定律：)(M W i T T S Q a -=式中：ai ——管内流体对流传热系数，W/(m2.℃);Q —传热速率，W;S —内管传热面积，㎡；Tw ——壁面平均温度，℃；Tm ——定性温度，℃。
传热面积计算公式：S=πdL 定性温度：221T T T M += 上式中：d —管内径，m;L —传热管测量段的实际长度，m;T1,T2——冷流体的入口、出口温度，℃。
传热速率)(21,T T C V Q P M M S -=ρ式中：M S V ,—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/s;M ρ—冷流体的密度，kg/m3;P C —冷流体的定压比热容，J/(kg.℃)。
2、对流传热系数ai 准数关联式的确定流体在管内做强制湍流，准数关联式的形式为：Nu=ARemPrn在本实验条件下在管内被加热的空气，普兰特数Pr 变化不大，可近似为常数，则关联式的形式可简化为：Nu=A ’Rem所以仅有A ’，m 两个参数。
则两边取对数得：'lg Re lg lg A m Nu +=显然，上式中是一个线性方程，通过实验测定并计算得出一系列的Nu 和Re,即可在双对数坐标系中描绘出Nu —Re 直线，然后进行线性回归即可得出m,lgA ’,继而确定准数关联式 雷诺数：μπρμρπμρd V V ddu 4d 4Re 2=== 则努塞尔数：λad Nu =上式中λμ,分别为空气的粘度、流体的热导率（在定性温度Tm 下查出）三、实验装置图附图：空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1、普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器；4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；7、风机出口温度（冷流体入口温度）测试点；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；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位计；18、冷凝液回流口四、实验步骤：1、实验前准备，检查工作（1）向电加热釜中加水至液位计上端显示安全水位之上。
自然对流换热试验
自然对流换热实验报告一、实验目的（1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。
（2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。
（3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出Pr Gr 的范围。
二、实验原理对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。
即r h c Φ-Φ=Φ （W ）式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛---=4f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UIh ε[]）（K /W ∙m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，）（420K m /W 67.5∙=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2∙m 。
当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。
根据相似理论，自然对流换热的准则为Pr),(Gr f Nr =在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即n Gr c Nr Pr)(=式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。
为了确定上述关系式的具体形式，根据测量数据计算结果求得努塞尔准则Nu 、格拉晓夫准则Gr 和普朗特准则Pr ，即λhDNu =； 23υβtD g Gr ∆=； a υ=Pr式中：Pr 、β（空气的体胀系数，1/K ）、υ（空气的运动黏度，m 2/s ）等、λ（空气的导热系数，℃）（∙m /W ）等物性参数由定性温度）（2fw t t +从气体的热物理性质表查取；2/8.9s m g =；D 为圆管壁面定型尺寸，m ；f w t t t -=∆，℃。
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。
试验三空气-水对流给热系数测定
实验三空气－水对流给热系数测定一、实验目的1. 测定套管换热器中空气—水系统的传热系数；2. 测定不同的热空气流量时，Nu与Re之间的关系，并得到准数方程式；二、基本原理1. 测定传热系数K根据传热速率方程式（1）（2）实验时，若能测定或确定Q、t m和A，则可测定K。
（1）传热速率在不考虑热损失的条件下（3）式中：—空气的质量流量，kg/s，，为空气的容积流量，m3/s，ρ为空气的密度，kg/m3；—空气的定压比热，J/(kg·K)；—空气的进、出口温度，℃。
（2）传热推动力t m（4）式中：，—冷却水出口温度，℃，—冷却水进口温度，℃（3）传热面积（5）式中：L—传热管长度，m ；d—传热管内径，m 。
2. 求Nu与Re的定量关系式由因次分析法可知，空气在圆形直管中强制湍流时的传热膜系数符合下列准数关联式：或（6）式中：A，n—待定系数及指数；—定性温度下空气的导热系数，W/(m·K);—空气的流速,m/s, ;μ—空气的粘度,kg/(m·s);—管壁对空气的传热膜系数,W/(m2·K)。
在水—空气换热系统中，若忽略管壁与污垢的热阻，则总传热系数K与传热膜系数的关系为:式中：—管壁对水的传热膜系数,W/(m2·K)—管壁对空气的传热系数,W/(m2·K)本实验中保持水在套管环隙间的高速流动，且由于水的比热较大，因此水的进、出口温度变化很小，管壁对水的传热系数较管壁对空气的传热系数大得多，即，这样总传热系数近似等于管壁对空气的传热系数：实验中通过调节空气的流量，测得对应的传热系数，然后将实验数据整理为Re及Nu，再将所得的一系列Nu-Re数据，通过用双对数坐标纸作图或回归分析法求得待定系数A和指数n，进而得到准数方程式。
三、实验装置如图1所示，实验装置由加热器1、夹套换热器14、15、风机7和流量计2、10等组成。
换热器的内管14为φ30×2mm的铜管,有效长度为2000mm。
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 。
对流换热系数的确定
对流换热系数的确定核心提示：1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。
2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。
2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿平面强制流动时气流沿平面流动时，烧结炉其对流换热系数可按表1-1的近似公式计算。
表1-1对流换热系数计算vo=C4.65(m/s) x；o>4.65(m/s)光滑表面a=5.58+4.25z'o a^V.Slvg78轧制表面a-=5.81+4.25vo a=7.53vin.粗糙表面o=6.16+4.49vo a=T.94vi78气流沿长形工件强制流动时当加热长形工件时，循环空气对工件表面的对流换热系数可用下述近似公式计算气流在通道内层流流动时气流呈层流流动时，对流换热系数主要决定于炉气的热导率，而与炉气的流速无关。
绝对黑体的概念当物体受热后一部分热能转变为辐射能并以电磁波的形式向外放射，其波长从lfmi到若干m。
各种不同波长的射线具有不同性质，可见光和红外线能被物体吸收转化为热能，称它们为热射线。
各种物体由于原子结构和表面状态的不同，其辐射和吸收热射线的能力有明显差别。
当能量为Q的一束热射线投射到物体表面时，也和可见光一样，一部分能量Qa将被吸收，一部分能量Qr被反射，还有一部分能量Qu透射过物体(如图1-5)。
按能量守恒定律则有图1-5辐射能的吸收、反射和透过如果A=l，则R=D=0，即辐射能全部被吸收，这种物体称绝对黑体，简称黑体。
如果R=l，则A=D=0，即辐射能全部被反射，这种物体称绝对白体，简称白体。
如果D= 1，则A=K=0，即辐射能全部被透过，这种物体称绝对透过体，简称透过体。
自然界中，黑体、白体和透过体是不存在的，它们都是假定的理想物体。
对于一种实际物体来说数值，不仅取决于物体的特性，还与表面状态、温度以及投射射线的波长等有关。
管内强制对流传热膜系数的测定
管内强制对流传热膜系数的测定学号：2011XXXXXX 姓名：XXX 专业：食品科学与工程一、实验目的1、测定空气在圆形直管内作强制对流时的传热膜系数α1。
2、把测得的数据整理成N ＝B Re^n 形式的准数方程式，并与教材中相应公式比较。
3、掌握藉助于热电偶测量壁面温度的方法。
二、实验原理1、圆形直管内空气强制对流传热膜系数α1 的测定。
本实验系水、空气在套管换热器中进行强制对流的换热过程。
根据牛顿冷却定律：Q = α1×A1×Δt = α1×A1×（T－Tw) (1)即：α1= Q / ( A1×Δt ) [w/(m^2K)] (2)式中：α1---- 传热系数(有些教材中用符号h)；A1 ---- 换热管内表面积[m^2]；Δt --- 热流体和管壁传热温差[℃]；Q ---- 传热速率[w]，按下式求出：Q = W×Cp×(T1 - T2) [w] (3)式中：Cp ---- 空气的定压热容[J/(Kg×K)]；T1、T2 ---- 空气进出换热管的温度[K]；W ---- 空气的质量流量[Kg/s]。
W ＝C ×Sqrt ( ρ0×( V－V0 ) ) [Kg/s] (4)式中：ρ0 ---- 孔板处空气密度[Kg/m^3]；V、V0 ---- 压力传感器的读数和初读数[mv]；C----孔板流量计的校正系数。
套管换热器在某一风量W 下稳定操作，测得进出换热器的空气及换热管壁的温度等参数后，即可算出一个α1值。
若改变操作风量，即可测得不同的α1值。
2、准数方程式对于空气，管内强制对流传热膜系数的准数方程式，一般表示成：Nu =B×Re^n (5)Re = d×u×ρ/ μ＝d w / ( sμ)Nu = α1×d / λ式中：d ----- 换热管直径[m] ;s ----- 换热管截面积[m^2] ;μ------?定性温度下空气的粘度[Pa s]；λ------ 定性温度下空气的导热系数[W/(m K)]。
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。
对流换热系数测试流程
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对流换热系数的测定方法
对流换热系数的测定方法实验传热学对流换热系数测定方法总结对流换热系数测定方法总结目录一、前言...................................................................... ...................................... 2 二、管内对流换热系数的瞬态测量法 ........................................................... 3 三、窄环隙流道强迫对流换热实验 (4)四、双侧加热窄环隙流道强迫对流换热实验 (5)五、无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热实验 (6)六、基于集总参数法的瞬态对流换热系数测定 (8)七、总结...................................................................... .................................... 10 八、参考文献 ..................................................................... .. (11)1一、前言工程上把流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流传热。
对流传热的基本计算式是牛顿冷却公式，及分别为q,h(t,t)ttwwff 2壁面温度和流体温度，即为表面传热系数，单位是。
表面传热系数W/(m,K)h 的大小与对流换热过程中的许多因素有关。
它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。
牛顿冷却公式并不是揭示影响表面传热系数的种种复杂因素的具体关系式，而仅仅给出了表面传热系数的定义。
确定对流换热系数h有两条途径:一是理论解法;一是实验解法。
理论解法是在所建立的边界层对流传热微分方程的基础上，通过教学分析解法、积分近似解法、数值解法和比拟解法求得对流传热系数h的表达式或数值。
自然对流横管管外对流换热系数测试
实验一 自然对流横管管外对流换热系数测试一、 实验目的1. 了解空气沿横管表面自然对流换热系数的实验方法，巩固课堂上学过的知识；2. 测定单管的自然对流换热系数；3. 根据相似性分析，整理出准则方程式。
二、 实验原理对不锈钢水平圆管进行电加热后，热量是以对流和辐射两种方式散失到周围空气，因此横管的输入电功率等于对流换热与辐射换热量之和，即：r = [W]c IV ΦΦ+Φ=()c [W]w f hA t t Φ=−44r 5.67 [W]100100f w T T A ε⎡⎤⎛⎫⎛⎫Φ=−⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦故()4425.67 [W/m ]100100f w w f w f T T IV h t t A t t ε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=−⋅⎢⎥⎪ ⎪−−⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦－℃ 式中：Φc ——对流换热量,W ； Φr ——辐射换热量，W ；I ——加热电流，A ； V ——加热电压，V ；h ——横管表面自然对流换热系数，W/m 2·℃； A ——圆管表面积，A=πdL ，m 2； t w ——横管表面平均温度，℃； t f ——室内空气温度，℃；ε——横管表面黑度。
根据相似理论，对于自然对流换热，努谢尔特数Nu 是格拉晓夫数Gr 、普朗特数Pr 的函数，即：()Pr Nu f Gr =⋅上式一般可表示成幂函数的形式：()Pr nNu c Gr =⋅定性温度为流体与壁面的平均温度()12m w f t t t =+，特征尺寸为管子内径。
c 、n 是通过实验所确定的常数。
Nu 、Gr 、Pr 数的定义可参考讲义，空气的物性参数可据定性温度由物性参数表查出。
改变工况（加热量），可求得一组准则数，把几组数据标在对数坐标纸上即可得到以Nu为纵坐标、以Gr、Pr为横坐标的一系列点，通过这些点用最小二乘法拟合一条直线，根据：()Nu c n Gr=+⋅即Y A nXlg lg lg Pr=+这条直线的斜率即为n，截距为c。
实验二对流换热实验
实验二 对流换热实验一、实验目的1. 实验法测定空气受迫横向流过单管时的换热系数。
2. 运用相似理论，将实验数据整理成准则方程式，并与有关教材中推荐的相应的准则方程式相比较。
二、实验原理1. 当空气受迫横向流过单管时，按牛顿公式，换热系数)(f w t t F Q α-=(2-1)Q 为单管与空气流之间的对流换热量；实验采用单管为被加热管；单管内表面用电热丝均匀裹缠通电加热单管表面。
电热丝所消耗的电功率N 变为热能通过单管表面向空气流散。
当单管表面温度w t 不变时，这时电功率N 为对流换热量Q 。
F 为单管（直径D = 12mm ，长l = 300mm ）在空气流中的表面积。
l D πF ⋅⋅= (2-2)f t 为风道气流平均温度，w t 为单管表面温度。
所以，对一定尺寸的单管，内表面用电热丝加热，置于风洞中处于稳定状态后，只需测量电热丝电功率N ，单管和气流温度w t 、f t ，即可计算出此种实验条件下的换热系数。
2. 根据相似理论的分析，流体受迫运动的准则方程式为：()Pr Re f Nu ⋅= (2-3)其中努谢尔特准则υVl=Re ，雷若准则υVlRe =，普朗特数λμC Pr P =。
l 为定型尺寸，取单管外径D ；Cp 、λ、υ、μ为流体在定性温度f t 时的定压比热、导热系数、粘度、动力粘度，V 为流体流过最窄截面处的流速。
对于空气，物理参数C p 、μ、λ近似为常数，所以Pr 数为一常数，原准则方程简化为nu Re C N ⋅= (2-4)式(2-4)中系数C ，指数n 为常数，可由实验得出，通过空气不同的流速情况下，单管和空气流之间的换热系数的测定，可以得到一组Re 和相应的Nu 数，把它们表示在双对数坐标图上(图1)，则可求得C 和n 值。
图1 确定准则间函数关系的对数坐标图2 风洞装置pRe可控硅电源控制柜空气三、实验设备1. 气流的形成和气流速度的调节如图2所示，产生气流的设备有直流电机和离心通风机、若干节管道串连组成风洞，电机启动后空气吸入风洞流进风机，在风洞里形成空气流。
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对流换热系数的测定方法实验传热学对流换热系数测定方法总结对流换热系数测定方法总结目录一、前言...................................................................... ...................................... 2 二、管内对流换热系数的瞬态测量法 ........................................................... 3 三、窄环隙流道强迫对流换热实验 (4)四、双侧加热窄环隙流道强迫对流换热实验 (5)五、无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热实验 (6)六、基于集总参数法的瞬态对流换热系数测定 (8)七、总结...................................................................... .................................... 10 八、参考文献 ..................................................................... .. (11)1一、前言工程上把流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流传热。
对流传热的基本计算式是牛顿冷却公式，及分别为q,h(t,t)ttwwff 2壁面温度和流体温度，即为表面传热系数，单位是。
表面传热系数W/(m,K)h 的大小与对流换热过程中的许多因素有关。
它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。
牛顿冷却公式并不是揭示影响表面传热系数的种种复杂因素的具体关系式，而仅仅给出了表面传热系数的定义。
确定对流换热系数h有两条途径:一是理论解法;一是实验解法。
理论解法是在所建立的边界层对流传热微分方程的基础上，通过教学分析解法、积分近似解法、数值解法和比拟解法求得对流传热系数h的表达式或数值。
实验解法是通过对边界层对流传热微分方程组无量纲化或对影响对流传热系数h的主要因素进行量纲分析，得出有关的相似特征数，在相似原理的指导下建立实验台和整理实验数据，求得各特征数之间的相互关系，再将函数关系推广到与实验现象相似的现象中去。
这种在理论指导下的实验研究方法，是研究对流传热问题最早的一种方法，也是研究对流传热问题的一种主要和可靠的方法，由实验解法得到的实验关联式是传热计算，尤其是工程上传热计算普遍使用的计算公式。
对流换热系数h是求解伴有表面对流换热的热传导问题的重要参数之一。
实验方法中直接测定对流换热系数的方法分为稳态法与瞬态法。
稳态法对实验条件要求苛刻,实验周期长，误差大;瞬态法由于实验周期短，误差小，近年来被广泛运用于对流换热系数测量实验。
通常所说的瞬态法是通过瞬时提高来流温度或者壁面温度来达到温度阶跃，测量窄幅热色液晶显色时间，通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到测量表面的对流换热系数。
实验中要达到温度的阶跃通常不容易实现，只能是近似阶跃，需要进行逐级阶跃或者指数函数进行修正。
这种处理方式可以近似解决入口温度非阶跃响应问题。
但是如果实验中存在涡流,采取突然提高来流温度的方法，并不能确定涡流温度随时间的变换曲线，对实验结果造成很大的误差。
本文总结了几种瞬态对流换热系数的测量方法，全面分析了各因素对对流换2热系数精度的影响并进行了定量分析，为对流换热系数的测量提供一些参考。
二、管内对流换热系数的瞬态测量法直接测定对流换热系数的方法分为稳态法和瞬态法，前者对实验条件要求苛刻。
近年来，瞬态法备受人们关注。
Hausen和Kast相继阐述了利用周期变化的流体温度在固体壁内的传播特性确定对流换热系数的原理，即根据流体与固体温度变化之间的相位滞后(或振幅衰减)确定对流换热系数。
Roetzel提出了一套适用于任意形式周期振荡流体温度的瞬态测量方法。
实验装置如图1所示。
实验圆管是1根长60cm的Φ17mm×1mm的铜管，流体和管外壁面温度测点位置距管入口端50cm，管外侧包有保温隔热材料，由微型电机驱动的旋转换向阀使冷流体周期交替的流经圆管其切换时间可随意控制，温度测量采用镍铬—镍硅热电偶，流量测量采用涡轮流量计，热电偶用石英测温仪(精度?0.01?)标定;流量计用容积式流量计(精度?0.1%)标定，试验数据采集用数据采集系统完成。
测试系统中的稳定热水源和冷水源(各自温度波动小于0.1?)保持实验过程中稳定的周期温度变化幅值。
随着换向阀的切换，在容积式水泵作用下，冷热流体分别由稳定冷、热水源流经实验管段，形成温度周期变化的管内流动，因为水泵连续工作，阀门切换所需时间远小于流体温度变化的周期，大容积的冷、热水源相当于抑制管道中微小压力波动的缓冲器，所以由阀门切换造成的流量波动的影响可以忽略不计。
3图1 管内对流换热系数的瞬态测量实验本方法中，对流换热系数的瞬态测量法快速、可行、准确。
流体温度振荡周期对测试结果有一定的影响。
应适当选择实验条件，使测得的对流换热系数有较高的准确性。
三、窄环隙流道强迫对流换热实验在已经发表的与微细换热通道有关的文献中，研究者一般均以微细圆管或矩形流道为研究对象。
流道当量直径在几微米至几百微米的量级，流道长度约几十毫米。
研究结果表明，微细流道的对流换热特性与普通流道显著不同，但各个研究者所得到的实验结果和计算关系式在定量甚至定性上都存在很大差异。
窄环隙流道的特点是具有微槽道的特征尺寸，但周向尺寸与普通流道相同。
有关其沸腾换热性能的研究已有许多论文发表，但进行强迫对流换热的研究没有更详细的实验结果。
这里在水加热条件下进行实验研究。
实验元件由φ8×1，φ12×1.1和φ19×2.1的三根不锈钢管(1Cr18Ni9Ti)相互套装组成(图1)，构成外环隙、中间环隙和内圆管3个通道。
在环隙流道的45个截面上采用“Y”型点支撑结构以保证管与管之间的同心定位，有效换热长度1350mm，实验元件竖直安装在实验回路上(图2)。
回路系统由一、二两个回路系统组成，工作介质是水。
其中一回路工作压力为0.6MPa，由电热式锅炉提供热源。
高温水流出锅炉后分成两个支路流过涡轮流量计，分别进入实验件的外环隙和内管向下流动，经循环水泵重新回到锅炉内构成闭合回路，系统压力波动由气罐式稳压器进行补偿。
二回路工作压力为常压。
工质在泵压头的驱动下进入换热元件的中间环隙向上流动，受热后流回储水箱，工质流量用称重法测量。
实验回路用超细玻璃棉丝包覆绝热，实验段进出口温度用铜-康铜铠装热电偶测量，有关物性参数按流体进出口平均温度计算，所用仪表进行了专门标定。
图2窄环隙流道强迫对流换热实验本方法中，窄环隙流道与微槽道具有几乎相同的强迫对流换热特性;窄环隙流道内的强迫对流换热特性与普通流道显著不同，没有明显的层流区、过渡区和紊流区之分，均表现出紊流换热的特征;窄隙流道具有强化和抑制对流换热的双重作用。
四、双侧加热窄环隙流道强迫对流换热实验在过去几十年中，人们对窄隙流道自然对流沸腾进行了许多实验，对此进行5了详细的综述和进一步的系统研究，但有关进行强迫流动，特别是双侧加热窄隙流道换热特性研究的报导却很少。
这里用一回路水加热方式对竖直窄环隙流道进行了双侧加热强迫对流换热实验，将双侧加热和单侧加热时的换热特性进行了对比分析。
整个实验装置(同图2)系统主要是由一回路系统、二回路系统、冷却水系统、测量系统等4个系统组成.一回路系统的工质采用去离子水。
水在水泵的驱动下经过电加热器,由上向下流过实验段的一回路侧内、外流道,将热量传给流经实验段的二回路侧水,然后由水泵唧入电加热器,构成封闭的循环回路。
电加热器内有5根8kW电热元件,其中一根与自耦变压器相连,可以用来调节电加热器的加热功率。
实验段的结构上在流道的5个截面上采用“Y”型焊点支撑以保证管与管之间的同心定位,这样在内管与中套管之间便形成1m m的窄环隙流道。
一回路工质经内管流道、外套管与中套管之间的环隙流道由上而下流动,二回路工质经内管与中套管之间的窄环隙流道由下而上流过实验段并被加热。
试验段总长为1380mm,有效加热长度为1350mm。
二回路系统的工质采用纯净水。
水箱中的水由给水泵唧出,经预热器加热到一定温度后,由下向上通过实验段的二回路侧,然后经冷凝器流回水箱,形成循环回路。
两个回路工质的进、出口温度均用铜-康铜铠装热电偶测量。
二次仪表是UT2004型直流数字万用表,精度为0.1%。
一回路水的质量流量用DBLB-402G型靶式流量变送器5测量,其精度为1.5%。
二次仪表为C 65-m A型直流毫安表,其精度为0.5%。
二回路水的流量测量采用称重法。
压力用1.5级标准压力表测量，量程为0,1.5MPa,最小刻度读数为0.05MPa。
本方法中，双侧加热流道与单侧加热流道强迫对流换热定性一致，但定量上存在明显差别;双侧加热使环隙流道内侧换热在较高雷诺数区得到加强，而外侧换热则在低雷诺数区受到显著削弱;尽管改变一回路的加热方式会使环隙流道内侧和外侧的换热特性发生变化，但综合因素却使总换热量基本保持不变。
五、无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热实验管壳式换热器是应用十分广泛的换热设备。
光管由于加工方便,成本低,是管壳式换热器中应用最广泛的传热管,但由于其体积大,换热面积小,换热能力差,6因此如何强化光管的换热一直是换热器研究的一个重要课题。
国内外对螺旋槽管的研究较多,均发现螺旋槽管的换热能力优于光管。
目前的研究大多数是在实验基础上进行数据拟合,而从理论上阐述的很少。
内斜齿螺旋槽管已经应用在实际生产中,使用内斜齿螺旋槽管的换热器换热效果较好,但在理论上并没有相关的传热和阻力公式。
因此研究内斜齿螺旋槽管的换热与流动规律,为内斜齿螺旋槽管在实际生产中的应用提供理论支持,具有重要的理论意义和应用前景。
内斜齿螺旋槽管强化传热实验台示意图如图3所示,实验台由三部分组成:蒸汽系统、冷却水系统和换热器本体部分,管内走冷却水,管外为蒸汽。
蒸汽来源于低压燃油锅炉,经过分汽缸进入热交换器,蒸汽流量由一个球阀控制,蒸汽在实验段冷却变成冷凝水,凝结水由疏水阀排出流入桶内,以便称重。
本实验采用单管式换热器。
热交换器长1200mm,实验段长900mm。
为了便于换热器的拆装,蒸汽和冷却水以及疏水全部用法兰连接。
在实验段套筒上部装有一个排气阀,以便在实验过程中不断排掉不凝结气体。
图3斜齿螺旋槽管内强化对流换热实验本方法中，内斜齿螺旋槽管具有明显的强化传热作用,特别是在冷却水流速较低时更为突出。
同时对管外凝结换热也具有强化作用。
7六、基于集总参数法的瞬态对流换热系数测定热传导、热对流和热辐射一般情况下并不是独立存在的，热传导时常伴有表面对流换热。