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?，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， ()()()
2
211
2211ln 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，
()()()
2
21
12211ln 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，
()()
1
221
1221m t T t T ln t 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，
()()M
W 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?2。
然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。
由式（4－1）得，
()m
p t A t t c m K ∆-=
1222
（4－6）
实验测定2m 、2121T T t t 、、、、并查取()212
1
t 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 。
1． 近似法求算对流给热系数2α
以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为，
1
121212221
1d d d d R d bd R K S m S αλα++++=
（4－7）
用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百
K m W .2；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数1α可达~K m W .1024左右，因此冷凝
传热热阻
1
12
d d α可忽略，同时蒸汽冷凝较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻1
21
d d R S 也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数为383.8K m W ⋅，壁厚为2.5mm ，因此换热管壁的导热热阻
m
d bd λ2可忽略。若换热管内侧的污垢热阻2S R 也忽
略不计，则由式（4－7）得， K ≈2α （4－8）
由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的准确性就越高。
2． 冷流体质量流量的测定
用孔板流量计测冷流体的流量，则，2m V ρ=
(4－9)
式中，V 为冷流体进口处流量计读数，ρ为冷流体进口温度下对应的密度。
3． 冷流体物性与温度的关系式
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---=-⨯+⨯+⨯）
五．主要仪器设备（含流程简图及主要仪器）
1．实验装置实验装置如图4-1所示
图4-1 空气-水蒸气换热流程图
来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板流量计或转子流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。
2．设备与仪表规格
（1）紫铜管规格：直径φ21×2.5mm，长度L=1000mm；（2）外套不锈钢管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm；（4）铂热电阻及无纸记录仪温度显示；（5）全自动蒸汽发生器及蒸汽压力表。
六、操作方法与实验步骤
实验步骤
1、打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，
观察仪表显示是否正常。
2、在蒸汽发生器中灌装清水至水箱的球体中部，开启发生器电源，使水处
于加热状态。到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。
3、打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，
让套管换热器里充有一定量的空气。
4、打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中也
保持一定开度。注意开度适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开
度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂。
5、在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，
否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的
方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压
力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进
行下一步实验。
6、开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，
逐渐充满系统中，使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，
防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂。同时，打开顶端放气阀，
将设备内的空气排出，至排气管有蒸汽放出，关闭排气阀。
7、上述准备工作结束，系统也处于“热态”后，调节蒸汽进口阀，使蒸汽
进口压力维持在
0. 01MPa，可通过调节蒸汽发生器出口阀及蒸汽进口阀开度来实现。
8、自动调节冷空气进口流量时，可通过仪表调节风机转速频率来改变冷流
体的流量到一定值，在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可
记录实验数值，一般每个流量下至少应使热交换过程保持15分钟方为视
为稳定；改变流量，记录不同流量下的实验数值。
9、记录6～8组实验数据，可结束实验。先关闭蒸汽发生器，关闭蒸汽进口
阀，关闭仪表电源，待系统逐渐冷却后关闭风机电源，待冷凝水流尽，
关闭冷凝水出口阀，关闭总电源。
10、打开实验软件，输入实验数据，进行后续处理。
七、实验数据记录与处理
1、实验原始数据记录表，根据相关计算式进行相关数据计算。
实验原始数据记录表
项目次
1 2 3 4 5 6 序
水蒸气压强MPa 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 °C34.0 30.6 25.5 22.3 20.4 19.9
空气进口温度t
1
°C75.1 74.2 73.3 73.4 74.6 77.3 空气出口温度t
2
空气进口处蒸汽温度T
°C104.4 104.3 104.5 104.6 104.6 104.7
1
°C103.8 104.0 104.2 104.2 104.3 104.5 空气出口处蒸汽温度T
2
空气流量 V m3/h 18.3 15.7 13.2 10.6 7.7 5.2
空气进口处密度 ρkg/m 3
1.1502 1.1633 1.1834 1.1962 1.2040 1.2060 空气质量流量 m s2 kg/s
0.0058 0.0051 0.0043 0.0035 0.0026 0.0017 空气流速 u m/s
25.2952 21.7014 18.2458 14.6519 10.6434 7.1877
计算示例（以次序1数据作为计算示例）： 空
气
进
口
处
密
度
：
2916.10.34105.40.34102916.1105.41035325+⨯⨯-⨯=+⨯-=----t t ρ=1.1502kg/m 3
空气质量流量：s kg V m s /0058.03600
1502
.13.182=⨯=⨯=ρ
空气流速：s m d V u /2952.25016
.0016.014.336003
..18442=⨯⨯⨯⨯==
π 2、给热系数K 的计算
项 目 序号
1
2
3
4
5
6
空气定性温度t 平均°C 54.55 52.40 49.40 47.85 47.50 48.60
定性温度下的空气密度'ρ kg/m 3 1.0759 1.0833 1.0937 1.0992 1.1004 1.0965
冷、热流体间的对数平均温差
m t ∆°C
46.66 48.58 51.34 52.53 52.41 50.74
总给热系数 K w/(m 2·°C) 103.11 91.16 80.88 68.59 53.31 39.46
空气定性温度：()55.54)1.750.34(2
121
21=+=+=
t t t 平均°C<60°C 则空气比热：1005=Cp J/(kg ·°C)
定性温度下的空气密度'ρ：
冷、热流体间的对数平均温差：
()()
=-----=
-----=
∆0
.348.1031.754.104ln
)
0.348.103()1.754.104(ln 1
22
11221t T t T t T t T t m 46.6565°C
传热面积：2220502.01016.014.3m l d A =⨯⨯==π 对流传热系数：()6565
.460502.0)0.341.75(10050058.01222⨯-⨯⨯=
∆-=
m
p t A t t c m K =103.1096w/(m 2
·°C)
3、近似法求给热系数2α 则2α=K=103.1096w/(m 2·°C)
4、2α理论值的计算
项 目 序号
1
2
3
4
5
6
对流给热系数 2α w/(m 2
·°C) 103.11 91.16 80.88 68.59 53.31 39.46 空气黏度 μ （510-⨯Pa·s) 1.885
1.868
1.843
1.827
1.818
1.816
空气导热系数 λ W/(m ·K ）
0.02710 0.02683 0.02643 0.02617 0.02602 0.02598 雷诺数Re 23110
20140
17320
14100
10310
6950
普兰特数 Pr 0.6990 0.6997 0.7009 0.7017 0.7021 0.7022 努赛尔数Nu 60.88 54.36 48.97 41.93 32.78 24.30 努赛尔数理论值Nu'
61.74 55.33 49.07 41.64 32.43 23.65 理论2α' W/(m 2·°C)
104.56
92.78
81.05
68.12
52.74 38.41 2α各点的相对误差
0.0138 0.0174 0.0021 0.0068 0.0109 0.0271 4.252 4.139 4.033 3.878 3.631 3.332
10.048
9.910
9.760
9.554
9.241
8.846
空气粘度：532610)7169.1105102(---⨯+⨯+⨯-=t t μ
=s Pa ⋅⨯=⨯+⨯⨯+⨯⨯-----5532610885.110)7169.10.341050.34102( 空气导热系数： 雷诺数：2311010885.10759
.12952.25016.0'
Re 5
=⨯⨯⨯=
=
-μ
ρdu
普兰特数：6990.002710
.010885.11005Pr 5=⨯⨯==
-λ
μ
Cp
努赛尔数：88.6002710
.0016
.011.1032=⨯==
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n Nu Pr Re 023.08.0=。
本实验中，605.62016.0/1/≥==d l ,而Re,Pr 也基本在这个范围内，n=0.4。所
以
可
以
用
上
述
公
式
计
算
Nu
的
理
论
值
n Nu Pr Re 023.0'8.0===⨯⨯4.08.06990.023110023.061.74
理论'2α：)/(56.104016.0/02710.074.61/''22C m W d Nu ︒⋅=⨯==λα 误差：/'2α-2α//'2α=(104.56-103.11)/104.56%100⨯=1.38%
八、实验结果与分析
1、冷流体给热系数的实验计算值与理论值（800230.0.4Re .Nu/Pr =）列表比较，计算各点误差，并分析讨论。
项 目 序号
1
2
3
4
5
6
努赛尔数Nu 60.88 54.36 48.97 41.93 32.78 24.30 努赛尔数理论值Nu'
61.74 55.33 49.07 41.64 32.43 23.65 对流给热系数 2α w/(m 2·°C)
103.11 91.16 80.88 68.59 53.31 39.46 理论2α' W/(m 2·°C)
104.56
92.78
81.05
68.12
52.74 38.41 2α各点的相对误差
0.0138 0.0174 0.0021 0.0068
0.0109
0.0271
误差分析：
①、迪图斯-贝尔特公式（n Nu Pr Re 023.08.0=）有条件范围，而实验数据并未全在此范围之内。那用此公式算出的Nu'和2α' 误差就可能较大。
②、设备内的空气未排尽，即有不凝性气体存在，使2α值下降。
③、测第一组数据时，等待时间不足，可能还没有达到真正的热态。
2、冷流体给热系数的准数式：m 0.4Re A Nu/Pr =，以()0.
4N u /P r
ln 为纵坐标，()Re ln 为
横坐标，将实验数据的结果标绘在图上，由实验数据作图拟合曲线方程，确定式中常数A 及m ；并与教材中的经验式800230.0.4Re .Nu/Pr =比较。
冷流体给热系数的准数式：m Y Re Nu/Pr 0.4=，以()0.4Nu/Pr ln 为纵坐标，()Re ln 为横坐标,将实验数据的结果作图，如下图所示。 冷流体给热系数的准数式：m Y Re Nu/Pr 0.4= ， 两边同时取对数得：
()
0.4Nu/Pr ln =Re ln ln m Y +
4276.3ln -==Y A ，Y=0.03246；m=0.7641
与教材中的经验式800230.0.4Re .Nu/Pr =比较误差较大，n Nu Pr Re
023.08
.0=有条件范围，而实
验数据并未全在此范围之内。那用此公式算出的Nu'和2α' 误差就可能较大。测第一组数据时，等待时间不足，可能还没有达到真正的热态。
九、讨论、心得
1、 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：无影响。因为Q=m t A ∆α，无论冷流体和蒸汽是顺流还是逆流，由于蒸汽温度不变，所以m t ∆不变，而A 和α不受冷流体和蒸汽流向的影响，所以效果不变。 （2）、在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。
答：计算空气质量流量时用到的密度值和求雷诺数时的密度值不一样，前者密度为空气入口处温度下的密度，而后者为空气定性温度的密度。
（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？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：1、冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低了传热速率。 2、在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。
3、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对 α 关联式基本无影响。 2、心得
（1）、就实验本身而言：通过本次实验了解并基本掌握给热系数测定的实验
方法；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；观察到了实验中会出现的现象，能基本分析产生现象的原因以及这种现象对于实验是否有利。
（2）、就实验数据处理而言：本次实验的数据都是用Excel处理的，让我更加体会到了电脑的强大，如果自己用计算器手算的话，会浪费很大的脑力和精力还有时间，而电脑使得数据处理事半功倍。此次实验的数据处理量相对较大，在处理过程中要耐心、细心，调节自己的烦躁情绪，淡定冷静的做这件事情。
其实做其他的事何尝不是呢。
（3）、就实验操作而言：实验是四人一组，必然每个人都有分工。每个人都做好自己所负责的项目的同时，配合好其他的同学，才能使得实验更加顺利的进行。此时团队意识就显得非常重要，如果只是自己顾自己，最后得到的数据不准确，那一个下午白忙活不说，在辛苦的处理数据后得到的确是并不可观的结果，那真是太不值得了。
当然，一个大前提，就是做好实验预习，在老师讲解时知道有这么回事，不至于不知道老师在讲什么，弄
清楚管路走向，阀门是开是关，每一步都要弄清楚明白。所以从开始就要认真对待实验，亲力亲为，同心协力，
尽善尽美。
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。
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 ()() ()()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） T t 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， ()()() 2 211 2211ln 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， ()()() 2 21 12211ln 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，℃。
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α 1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
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； 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； 孔板流量 空气压 蒸汽压 空气入 蒸汽温空气出口
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。 参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过 实验来确定特定范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则Gr 为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr 可视为常数。所以，准数关联式（1）可写成 Nu ＝CRe m （2） Re 4 du V d ρ ρ π μ μ == 其中： , 500.02826W/(m.K)d Nu αλλ = =℃时，空气的导热系数
对流传热系数测定实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除对流传热系数测定实验报告 篇一：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=ARempr0.4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=bRem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 1 2 蒸汽压力 空气压力 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； 3 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
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， ()()() 2 211 2211ln 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， ()()() 2 21 12211ln 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， ()() 1 221 1221m t T t T ln t 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， ()()M W 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。 然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较
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 定实验报告及数据答案 Final approval draft on November 22, 2020
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=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
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； 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； 孔板流量计测量空气流空气压力 蒸汽压力 空气入口温度 蒸汽温度 空气出口温度
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。 参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定范围的参数。本实验是测定空气在圆管内作强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对传热膜系数的影响，则Gr 为常数。在温度变化不太大的情况下，Pr 可视为常数。所以，准数关联式（1）可写成 Nu ＝CRe m （2） Re 4 du V d ρ ρ π μ μ == 其中： , 500.02826W/(m.K)d Nu αλλ = =℃时，空气的导热系数
空气-蒸汽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， ()()() 2 211221 1ln 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， ()()() 2 21 12211ln 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， ()()1221 1221 m t T t T ln t 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， ()()M W p t t A t t c m --= 212222α （4－5） δ T T W t W t 图4－1间壁式传热过程示意图
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。 3. 实验结果可能存在一定的误差，需要综合考虑多个因素进行分析。 六、实验改进建议 为了提高实验结果的准确性，我们可以采取以下改进措施： 1. 提高温度测量的精度，确保热电偶和温度计的准确性。 2. 控制实验环境的稳定性，减少外界因素对实验结果的影响。 3. 在测定过程中，尽量减小流体的湍流程度，以提高测定结果的可靠性。 七、总结 通过本次实验，我们深入了解了对流传热系数的测定方法和影响因素。实验结
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
对流传热系数的测定实验报告
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 (3) 2.空气流量的测定 (5) 3.空气在传热管内对流传热系数α的测定 (5) 3.1牛顿冷却定律法 (5) 3.2近似法 (6) 3.3简易Wilson图解法 (6) 4.拟合实验准数方程式 (7) 5.传热准数经验式 (7) 四、操作方法与实验步骤 (8) 五、实验数据处理 (9) 1.原始数据： (9) 2.数据处理 (9) 六、实验结果 (12) 七、实验思考 (13)
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 N u=ARe n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：
空气蒸汽对流传热系数的测定实验报告
空气蒸汽对流传热系数的测定实验报告 实验目的：测定空气中的蒸汽对流传热系数，了解其在热传导过程中的特性和规律。 实验原理： 空气中的热传导有两个主要的途径，即对流传热和辐射传热。在大气压力下，空气中 的蒸汽通常以微小的水滴或颗粒的形式存在。当热量传递给空气蒸汽颗粒时，其会通过对 流传热的方式将热量散发到周围的空气中。 对流传热系数(h)是描述对流传热性能的一个重要参数，通过测量传热流量和温度差，可以计算出空气蒸汽对流传热系数。 实验器材： 1. 空气蒸汽发生器：用于产生空气中的蒸汽。 2. 传热试样：具有良好的导热性能的金属试样。 3. 温度测量仪器：如温度计或热电偶，用于测量传热试样和周围环境的温度。 4. 流量计：用于测量蒸汽的流量。 5. 电源和电表：用于供电和测量电能消耗。 实验步骤： 1. 将空气蒸汽发生器连接到传热试样，并保持一定的温度差。 2. 打开空气蒸汽发生器和流量计，开始生成空气中的蒸汽，并调整蒸汽流量至稳 定。 3. 同时开启温度测量仪器，分别测量传热试样的表面温度和周围环境的温度。 4. 根据传热试样表面温度和周围环境温度的差值，计算出传热速率，即传热流量。 5. 根据蒸汽流量和传热流量，计算得到空气蒸汽的对流传热系数。 实验数据记录与处理： 1. 记录传热试样表面温度和周围环境温度的数值。 2. 根据所测得的温度差值，计算出传热速率。 3. 根据蒸汽流量和传热速率的比值，计算得到空气蒸汽的对流传热系数。
实验结果与讨论： 根据实验测得的数据，计算出空气蒸汽的对流传热系数，并进行实验结果的分析和讨论，比较不同实验条件下的对流传热系数差异，探究影响因素与对流传热系数的关系。 结论： 通过本次实验，测定并计算得到了空气蒸汽的对流传热系数，并对影响因素进行了讨论。实验结果可以为热传导以及相关工程问题的研究和应用提供参考。
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 欧阳学文 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=ARemPr0.4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=BRem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di（mm）16.00 实验内管外径do（mm）17.92 实验外管内径Di（mm）50 实验外管外径Do（mm）52.5 总管长（紫铜内管）L（m） 1.30 测量段长度l（m） 1.10 蒸汽温度
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； 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 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 空气出口温度
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之袁州冬雪创作 一、实验目标 ⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对传播热系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素 的懂得.并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr中常数A、m的值. ⒉通过对管程外部插有罗纹管的空气—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，懂得强化传热的基本实际和基本方式. 二、实验装置 本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另外一组为波纹管）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，两头用不锈钢法兰固定.空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路节制阀选择分歧的支路进入换热器.管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路节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活动的空气，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发生.该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1. 表1 实验装置布局参数
实验外管内径D i （mm ） 50 实验外管外径D o （mm ） 总管长（紫铜内管）L （m ） 丈量段长度l （m ） 孔板流量计丈量空气流量 空气压力 蒸汽压力 空气入口温度 蒸汽温度 空气出口温度
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—罗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—空气支路节制阀；10、11—蒸汽支路节制阀； 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个分歧流速下光滑管换热器的对传播热系数α1. ②对α1的实验数据停止线性回归，求关联式Nu=ARe m中常数A、m的值. 2、波纹管 ①测定6～8个分歧流速下波纹管换热器的对传播热系数α1. ②对α1的实验数据停止线性回归，求关联式Nu=BRe m中常数B、m的值. 四、实验原理 1．准数关联 影响对传播热的因素很多，根据因次分析得到的对传播热的准数关联为：