传热综合实验讲义(学生版)
7.4 传热综合实验(20171121版本)
7.4.1实验目的与要求
1.通过实验，加深对传热理论的理解，提高研究和解决传热实际问题的能力；
2.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
3.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究， 掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
4.学会并应用线性回归分析方法，确定传热管关联式4
.0Pr Re m A Nu =中的常数A 和m
的数值，强化管关联式4.000Pr Re
m A Nu =中A 0和m 0数值。
5.根据计算出的Nu 、Nu 0求出强化比Nu 0/Nu ，比较强化传热的效果，加深理解强化传热的基本理论和方式。
6.通过变换列管换热器换热面积实验测取数据计算总传热系数K ，加深对其概念和影响因素的理解。
7.认识套管换热器（光滑、强化）、列管换热器的结构及操作方法，测定并比较不同换热器的性能。
7.4.2实验原理
在工业生产中，间壁换热是经常使用的换热方式。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。传热系数是度量换热器性能的重要指标。为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。
冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成。如7.4-1所示。在忽略了换热
管内外两侧的污垢热阻后，以冷流体一侧传热面积为基准的传热系数计算式为：
o
o i m i
i A A A A K αλδα+
+=
11
(7.4-1) 式中：K ——以冷流体一侧传热面积为基准的总传热系数，)/(2
℃?m W ；
图7.4-1 间壁式传热过程示意图
i α——冷流体侧的对流传热(膜)系数，)/(2
℃?m W ； o α——热流体侧的对流传热(膜)系数，)/(2
℃?m W ；
λ——换热管材料的导热系数，)/(2℃?m W ；
i A ——冷流体侧的传热面积，2
m ；
δ——换热管的壁厚，m ；
m A ——换热管的对数平均面积，2
m ；
7.4.2.1 普通套管换热器传热(膜)系数测定及准数关联式的确定 (1)对流传热(膜)系数i α的测定：
对流传热(膜)系数i α可以根据牛顿冷却定律，通过实验来测定。
m i i i t A Q ???=α (7.4-2) i
m i
i A t Q ??=
α (7.4-3)
式中：i α—管内流体对流传热系数，)/(2
℃?m W ；
i Q —管内传热量，W ；
i A —管内换热面积，2m ；
m t ?—管壁面与主流体之间的平均温度差，℃。 平均温度差由下式确定：
)()(ln )()(21
21t t t t t t t t t W W W W m
-----=? (7.4-4)
式中：1t —冷流体的入口温度，℃；
2t —冷流体的出口温度，℃； W t —壁面平均温度，℃；
因为换热器内管为紫铜管，其导热系数较大，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W t 来表示，由于管外使用蒸汽，所以W t 近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积： L d A i π= (7.4-5)
式中：i d —传热管内管内径，m ；
L —传热管测量段的实际长度，1.2，m 。 由热量衡算式： )(12t t c w Q
p -= (7.4-6)
其中质量流量由下式求得： 3600
ρ
V w =
(7.4-7) 式中：V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3/h ； p C —冷流体的定压比热容，kJ/(kg·℃)； ρ—冷流体的密度，kg /m 3。
p C 和i ρ可根据定性温度m t 查得，
2
2
1t t t m +=
为冷流体进出口平均温度。 1t ，2t ，m t ，i V 可采取一定的测量手段得到。
(2)对流传热系数准数关联式的实验确定
流体在圆管内作强制湍流，被加热状态，在5
4102.1~100.1Re ??=i ，120~7.0Pr =i ，
管长与管内径之比为d l ≥60的情况下，准数关联式的形式为：
n m A Nu Pr Re = (7.4-8)
其中： λ
αd
Nu ?=
， (7.4-9) μ
ρ
??=d u Re
(7.4-10)
λ
μ
?=p c Pr (7.4-11)
Nu ――努赛尔准数，描述对流传热系数的大小；
Re ——雷诺准数，表征流体流动状态；
Pr ——普朗特准数，表征流体物性的影响；
α——流体与固体壁面的对流传热(膜)系数，)/(2℃?m W ；
λ——流体的导热系数，)/(2℃?m W ；
p C ——流体的比热容，)/(℃?kg J ； u ——流体在管内流动的平均速度，s m /；
d ——换热管的内径，m ； μ——流体的粘度，s Pa ?；
ρ——流体的密度，3/m kg 。
流体的物性数据λ、p C 、μ、i ρ可根据定性温度m t 查得。对于管内被加热的空气n=0.4则关联式的形式简化为：
4.0Pr Re m A Nu = (7.4-12) 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 7.4.2.2强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定
强化传热技术，可以使初设计的传热面积减小，从而减小换热器的体积和重量，提高了现有换热器的换热能力，达到强化传热的目的。同时换热器能够在较低温差下工作，减少了换热器工作阻力，以减少动力消耗，更合理有效地利用能源。强化传热的方法有多种，本实验装置采用了螺旋线圈的方式进行强化传热的。 螺旋线圈的结构图如图7.4-2所示，螺旋线圈由直径3mm 以下的钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H 与管内径d 的比值以及管壁粗糙度（h d /2）为主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。
科学家通过实验研究总结了形式为n m A Nu Pr Re =的经验公式，其中A 和m 的值因强
化方式不同而不同。在本实验中，确定不同流量下的Re 与Nu ，用线性回归方法可确定强化管内传热的经验关联式4.000Pr Re
m A Nu =的o A 和o m 的值。
单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准
图7.4-2 螺旋线圈强化管内部结构
则，它的形式是：Nu Nu 0，其中Nu 是强化管的努塞尔准数，Nu 0是普通管的努塞尔准数，
显然，强化比Nu Nu 0
＞1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判
强化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，阻力系数随着换热系数的增加而增加，从而导致换热性能的降低和能耗的增加，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法。
7.4.2.3列管换热器总传热系数K 的计算
总传热系数K 是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，通过传热速率方程式计算K 值。
传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。该方程式中，冷、热流体温度差△T 是传热过程的推动力，它随着传热过程冷热流体的温度变化而改变。
传热速率方程： m T ???=o o o A K Q (7.4-13) 热量衡算： )t -(t C 12??=w p Q o (7.4-14) 总传热系数： m
12T )t -(t C ????=
o p o A w K (7.4-15)
对数平均温差 ()())()(ln T 211
22112t T t T t T t T m
-----=? (7.4-16)
式中： o Q --列管换热器的传热量，W ； o A --以管内表面为基准的传热面积，m 2；
m T ?--冷热流体的平均温差，℃；
o K --以管外表面为基准的总传热系数，W/(m 2·℃)；
p C --流体的比热容， J/(kg·℃)；
w --空气质量流量， kg/s ；
1T --蒸汽进口温度，℃； 2T --蒸汽出口温差，℃； 1t --空气进口温度，℃；
2t --空气出口温度，℃；
列管换热器的换热面积 L d n i '?=πA 式中：i d '--列管换热器内管外径（m ）； L--列管长度（m ）； n--列管根数。
7.4.3实验装置及流程
7.4.3.1实验装置流程
本实验的装置流程如图7.4-3所示。
图7.4-3 传热实验装置流程示意图
1-列管换热器空气进口阀；2-套管换热器空气进口阀；3-板式换热器空气进口阀；4-压差传感器；5-转子流量计；6-空气旁路调节阀；7-漩涡气泵；8-储水罐；9-排水阀；10-液位计；11-蒸汽发生器；12-散热器；13-套管换热器；14-套管换热器蒸汽进口阀；15-列管换热器；16-列管换热器蒸汽进口阀;17-玻璃观测段;18-不
凝器放空阀；19-U 型管；20-调节阀。
7.4.3.2实验设备主要技术参数
本实验装置的主要技术参数如表7.4-1所示。
表7.4-1 实验装置结构参数
7.4.3.3实验装置面板布置
本实验装置控制柜的面板布置如图7.4-4所示。
图7.4-4 传热过程综合实验面板图
7.4.4实验内容及实验操作步骤
7.4.4.1 实验内容
1.测定11~15组不同流速下简单套管换热器的对流传热系数i 。
2.测定11~15组不同流速下强化套管换热器的对流传热系数α。
3.测定11~15组不同流速下空气全流通列管换热器总传热系数K O 。
4.测定11~15组不同流速下空气半流通列管换热器总传热系数K O 。
5.对i α的实验数据进行线性回归，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的数值。
6.通过关联式4.000Pr Re 0
m A Nu =计算出Nu 0，并确定传热强化比Nu 0/Nu 。
7.4.4.2实验操作步骤 1.实验前的准备及检查工作：
(1)向储水罐8中加入蒸馏水至液位计上端处。 (2)检查空气流量旁路调节阀6是否全开。
(3)检查蒸气管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。 (4)接通电源总闸，设定加热电压。 2.光滑套管实验
(1)准备工作完毕后，打开蒸汽进口阀门14和套管换热器排气阀18，启动仪表面板加热开关，对蒸汽发生器内液体进行加热。当所做套管换热器内管壁温升到接近100℃并保持5分钟不变时，关闭套管换热器排气阀18，打开阀门2，全开旁路阀6，启动风机开关。 (2)风机启动后，可以利用转子流量计5下方的阀门调节流量，或利用用旁路调节阀6来调节流量，调好某一流量后稳定5分钟后，分别记录空气的流量、空气进、出口的温度及壁面温度。
(3)改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量5～6组数据。 3.强化实验：
全部打开空气旁路阀6，停风机。把强化丝装进套管换热器内并安装好。实验方法同步骤2。
4.列管换热器传热系数测定实验：
(1)列管换热器冷流体全流通实验，打开蒸汽进口阀门16和列管换热器排气阀18，当蒸汽出口温度接近100℃并保持5分钟不变时，关闭列管换热器排气阀18，打开阀门1，全开旁路阀6，启动风机，可以利用转子流量计5下方的阀门调节流量，或利用旁路调节阀6来调节流量，调好某一流量后稳定3-5分钟后，分别记录空气的流量、空气进、出口的温度及蒸汽的进出口温度。
(2)列管换热器冷流体半流通实验，用准备好的丝堵堵上一半面积的内管，打开蒸汽进
口阀门16，当蒸汽出口温度接近100度并保持5分钟不变时，打开阀门1，全开旁路阀6，启动风机，可以利用转子流量计5下方的阀门调节流量，或利用旁路调节阀6来调节流量，调好某一流量后稳定3-5分钟后，分别记录空气的流量、空气进、出口的温度及蒸汽的进出口温度。
5.结束实验
所有的实验项目完成后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。
7.4.5实验注意事项
1.检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
2.必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在开启加热电压之前，两蒸汽支路阀门之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭阀门必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
3.必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭支路阀。
4.调节流量后，应至少稳定5-8分钟后读取实验数据。
5.实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压。
7.4.6实验原始数据记录表
7.4.6.1套管换热器的实验数据记录表
表7.4-2 套管传热实验原始数据表
日期_________ 设备号_________________ 环境温度_____________ [℃] 大气压强______________[hPa] 套管换热器外管直径__Ф57×3.5__[mm]
紫铜内管直径_Ф22×1__[mm] 传热管有效长度____1200___[mm]
同组学生姓名：教师签名：
表7.4-3 套管强化传热实验原始数据表
日期_________ 设备号_________________ 环境温度_____________ [℃]
大气压强______________[hPa] 套管换热器外管直径__Ф57×3.5__[mm] 紫铜内管直径_Ф22×1__[mm] 传热管有效长度____1200___[mm] 螺旋线圈丝径_ 1_ _ [mm] 螺旋线圈节径_ 40_ _ [mm]
同组学生姓名： 教师签名： 7.4.6.2列管换热器的实验数据记录表
表7.4-4 列管换热器传热实验原始数据表
日期_________ 设备号________________ 环境温度_____________ [℃] 大气压强______________[hPa] 列管换热器外管直径__Ф89×3.5__[mm] 实验内管直径_Ф19×1.5__[mm] 传热管有效长度____1200___[mm] 实验时使用的内管数目_ _ 根(请根据实验实际填写)
同组学生姓名： 教师签名：
7.4.7数据处理
(1)实验中，每一实验小组将实验数据记录在一份规整、标准的上述格式的记录中，书写要认真，实验结束后，同组同学在此记录上签名，指导教师核查数据无误后签名，将此签名原始数据带回，黏贴于同组某一同学的报告里上交，其他同学的原始数据自己抄写或打印后黏贴于相应的位置处。
(2)给出一组数据计算示例，要过程详细，公式正确，数据代入； (3)打印上交数据处理结果表和图；
(4)在双对数坐标上作图，并求取传热关联式中m A Nu Re Pr /4.0 中的系数A 与m 的值，以及A o 以及m o ，计算出强化比。
7.4.8 实验结果分析与讨论
(1) 分析冷流体流量的变化对K 的影响； (2)试分析本实验中的控制步骤是什么？
(3)对实验数据和结果作误差分析，分析其中的原因。
7.4.9思考题
(1)在本实验中，为什么可将≈αK ？
(2)如何强化传热？请结合本实验的实际情况进行分析。 (3)为什么要装不凝性气体排出阀？
(4)若要测空气――热水系统的对流传热系数α值，你认为应对装置作如何改造？ (5)如果将本实验所用的两种流体（空气和水蒸气）的流程相互调换下，此时传热情况将发生如何变化？
(6)将你所测得的气体出口温度的变化情况与所测得的K 值变化情况加以比较，以此为依据，分析其变化的规律性。。
7.4.10数据处理过程步骤
7.4.10.1 套管换热器传热数据处理
(1)测量空气压差的U 型差压计的水柱高度差：
Lj j j R R R -=?H [mmH 2O]
j ――第j 组实验数据
R Hj ――U 型差压计高侧液柱指示高度 [mmH 2O] R Lj ――U 型差压计低侧液柱指示高度 [mmH 2O] (2)空气的实际压强P j ：
j water j R g Pa P ?+=ρ [Pa]
Pa ――实验时的大气压， [Pa]
water ρ——实验时环境温度下水的密度 [kg/m 3]
(3)空气的实际密度j ρ：
3111049.3)
15.273()
15.273(-??+=
+=
j j
j j j t P t R M P ρ [kg/m 3]
M ――空气的摩尔质量数，[kg/mol]
j P ――空气的实际压强P j [℃]
j t 1――空气的入口温度 [℃]
(4)空气的定性温度j t :
()2
21j j
j t t
t +=
][℃
t 1j ――空气的进口温度， ][℃ t 2j ――空气的出口温度， ][℃
(5)空气的物性常数：
由上面计算的定性温度，查相关教材，可以得到空气的物性常数.
j P C )]/([K g J ?(空气的定压比热容)
j λ )]/([K m w ?(空气的导热系数)
j μ ][s Pa ?(空气的粘度)
则空气的普兰德准数j Pr 为：
j
j
j j Cp λμ=Pr (6)气的实际体积流量j V 实：
5
.05.020205.1）（＝）（＝示℃示实j
j j j
j V V V ρρρ? [m 3/h] (7)空气的实际质量流量j w
j j j V w ρ?=实 ]/[h kg
(8)传热量计算：
3600/1000)(12?-=j j j j j t t Cp w Q [w]
(9)传热过程中的对数平均温差mj t ?
)ln()
(2121j
j j j mj t t t t t ???-?=
? ][℃
其中：
进口温差：j j w j t t t 11-=? ][℃ 出口温差：j wj j t t t 22-=? ][℃ (10)传热系数j K ：
j
m i j
mj
j j j t l d Q t A Q K ?=
?=
π [w/m 2.k]
m d i 020
.0＝
m l 2.1=
(11)雷诺数：
j
j j j i
u d μρ=
Re
(12)努赛尔准数计算：
o
j o i m i j i j A A A A K αλδα+
+=
1
1
空气侧的对流传热膜系数i α的数量级为102，蒸汽侧的对流传热膜系数o α的数量级为104，金属的导热系数λ的数量级为102，δ为管壁厚度，单位为mm ，m i A A /≈1，o i A A /≈1，所以分母上后两项和远远小于第一项，因此有：
j
i α1
K 1j ≈
，即为：
i j i K ≈α ]/[2K m w ?
i j
ij
j d Nu λα=
4
.0Pr /j j Nu ＝？
(13)求解参数方法：
于是对Re 和Nu/Pr 0.4两项数据作图可得Nu/Pr 0.4～Re 的关系图，然后用最小二乘法进行回归成幂函数，便可以得到准数关联式的参数A 和m 的数值。
手工作图法求算过程如下：
先在双对数坐标纸上做Nu/Pr 0.4～Re 的关系图，在所作的直线上取A 、B 两点的垂直距离H ，水平距离L ，则
m=H/L
然后在直线上取一点C(非实验测试点)，读取C 点的坐标（Re ，Nu/Pr 0.4）后，反代到准数关联式：
m A Nu Re Pr /4.0=
可以求得A 。
7.4.10.2 列管换热器传热数据处理
列管换热器传热实验数据的处理和套管换热器数据处理情况相似，关键是传热面积的计算，以及对数平均温度差的计算，具体计算公式详见7.4.2.3部分。 7.4.11 实验数据处理表
7.4.11.1 套管换热器传热实验数据处理结果表
经过一系列的数据处理，得到的数据结果表如表7.4-5和表7.4-6所示。 7.4.11.2 列管换热器传热实验数据处理结果表
经过一系列的数据处理，得到的数据结果表如表7.4-7所示。
?
Re Pr 24.0==R A Nu m
7.4-5 套管换热器传热实验数据处理结果表
7.4-6 强化套管换热器传热实验数据处理结果表
7.4-7 列管换热器传热实验数据处理结果表
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传热实验实验报告-传热实验报告
传热实验 一、实验目的 1、了解换热器的结结构及用途。 2、学习换热器的操作方法。 3、了解传热系数的测定方法。 4、测定所给换热器的传热系数K。 5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之。 二、实验原理 根据传热方程 Q=KA△ tm，只要测得传热速率 Q，冷热流体进出口温度和传 热面积 A，即可算出传热系数 K。在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管 式换热器来测定 K, 只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空 气的流量即可。Q 与自来水在工作过程中，如不考虑热量损失，则加热空气释放出的热量 1Q 得到的热量 Q 应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，实验中以 22为准。 三、实验流程和设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计 等组成。空气走管程，水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长 进行计算。 实验流程图： 空气进口水进口温度计 温度计列管式 转子流 换热器 转子流量计量计 风机温度计温度计 空气电 调节阀 加热器 传热系数K 测定实验流程图
四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。 2、实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器。 3、控制所需的气体和水的流量。 4、待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出 口温度，记录设备的有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变，改变自来水的流量，重复第四步。 6、保持第 4 步水的流量，改变空气的流量，重复第四步。 7、实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门。 五、实验数据记录和整理 1、设备参数和有关常数 换热流型错流；换热面积 0.4 ㎡ 2、实验数据记录 序号风机出口空气流量空气进口温空气出口温度℃水流量水进口温度℃水出口温度℃2 度℃L/h 压强 mHO 读数 m3/h 1 1.61611029.28018.921.9 2 1.61611029.48018.921.9 1 1.61611029.96018.922.4 2 1.61611029.96018.922.3 1 1.61611031.92019.024.8 2 1.61611032.02019.024.9 1 1.61111029.62019.123.0 2 1.61111029.62019.023.0 1 1.6611027.82019.021.3 2 1.6611027.82019.021.3 3、数据处理 空气流量水流量水的算术水的比热 传热速对数平均换热面传热系数K 的平均 序号平均温容 J/ m3/s kg/s率 J/s温度△ t m积 m2K W/m2K值 W/m2K 度℃（ kg·℃） 10.00440.022220.404183278.86736.24790.419.2333 19.1717 20.00440.022220.404183278.86736.48160.419.1101
高等传热学讲义
第2章边界层方程 第一节Prandtl 边界层方程一.边界层简化的基本依据 外：粘性和换热可忽略 )(t δδ , l l t <<<<δδ或内：粘性和换热存在 )(t δδ特征尺寸 —l
二.普朗特边界层方程 常数性流体纵掠平板，层流的曲壁同样适用)。 δ v l u ∞∞ ∞u l v v l u δδ~~，可见，0=??+??y v x u )()((x x R δ>>曲率半径y x u v ∞ ∞T u ,w T ∞ ∞T u ,δ l
)(122 22 y u x u x p y u v x u u ??+??+??-=??+??νρδ δ ∞ ∞ u u l l u u ∞∞ 2 l u ∞ν2 δ ν ∞ u ) (2 l u ∞ 除以无因次化11 Re 12 ) )(Re 1 (δ l
因边界层那粘性项与惯性项均不能忽略，故 项可忽略，且说明只有Re>>1时，上述简化才适用。)(12 2 22y v x v y p y v v x v u ??+??+??-=??+??νρ1~))(Re 1(2 δ l l δ ；可见22 22 x u y u ??>>??δδ 1 ) (2 ∞u l l u l u /)(∞∞δ 2 /)(l u l ∞δ ν2 /)(δδ ν∞u l ： 除以l u 2 ∞ )(Re 1l δ))(Re 1(δ l l δ
可见，各项均比u 方程对应项小得多可简化为 于是u 方程压力梯度项可写为。 )(2 2 22y T x T a y T v x T u ??+??=??+??,0=??y p dx dp ρ1-),(l δ 乘了δθδ w u l )(∞l u w θ∞2 l a w θ除以： l u w θ∞Pe /12 )(/1δ l Pe 12δ θw a 1 ) (∞-=T T w w θPr) Re (?====∞∞贝克列数—导热量对流热量w w p l k u c a l u Pe θθρ
导热系数实验报告
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2） 实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ，散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
传热学复习资料汇总
传热学复习资料汇总 一、名词汇总 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 ] 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 11．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。 12．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。 13．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。 14．热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于 1 K／m 的温度梯度作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。 { 15．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。 16．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。 17．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。 18．傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。 19．保温(隔热)材料：λ≤ W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。20．肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。 21．接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。 22．定解条件(单值性条件)：使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。位传热面积在单位时间内的传热量。 &
高等传热学课件对流换热-第2章-3
2-3 管槽内层流对流换热特征 工程上存在大量的管槽内对流换热问题。本节对管槽内层流强制对流换热的流动与换热特征进行分析。 一、流动特征 当流体以截面均匀的流速0u 进入管道 后，由于粘性，会在 管壁上形成边界层。 边界层内相同r 处的轴向流速随δ的增加 而降低，导致对管中心势流区的排挤作用，使势流区流速增加。当边界层厚度δ达到管内半径时，势流区消失，边界层汇合于管轴线处，同时截面内速度分布不再变化。 u o
将管入口截面至边界层汇合截面间的流动区域称为入口段，或称为未充分发展流、正在发展流。该区域内，速度分布不断变化， (,)u u x r =，同时存在径向速度(,)v x r 。 边界层汇合截面以后的流动速度不再变化，()u u r =，而径向速度 0v =，这段流动区域称为充发展段或充分发展流。 所以，管内流动存在特征不同的两个区域：入口段，充分发展段。充分发展流动又分为：简单充分发展流、复杂充分发展流两种。 1). 简单充分发展流 是指只存在轴向速度分量，而其它方向速度分量为零的充分发展流动。 对圆管： ()u u r =，0v w ==； 对矩形管道：(,)u u x y =，0v w ==。 简单充分发展流任意横截面上压力均匀，沿轴向线性变化，即
dp const dx = 证明：对简单充分发展流，径向速度0v =，根据径向动量方程： 222211()v v p v v v u v x r r r r x r νρ??????+=?+++?????? ? 0p r ?=?， 即任意横截面上压力均匀，压力仅沿轴向变化。于是，轴向动量方程为： 222211(u u dp u u u u v x r dx r r x r νρ?????+=?+++????? 又发展流0u x ?=?（速度分布不变，或由连续方程得出）?
对流传热实验实验报告
实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 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 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （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； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —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。 管内换热面积： i i i L d S π= （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： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 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 m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，
导热系数实验报告材料..
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放在 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2）
传热膜系数实验报告
化工原理实验报告 实验三 传热膜系数测定实验 实验日期：2015年12月30日 班级： 学生姓名： 学号： 同组人： 报告摘要 本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走内管，蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算了传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m （n 取0.4），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A 和m 。 二、 目的及任务 1.掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2.通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3.了解工程上强化传热的措施。 三、基本原理 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 系式的一般形式为：p n m Gr A Nu Pr Re 对于强制湍流而言。Gr 数可忽略，即
n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数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，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值带入方程中，则可得系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定人为性。而用最小二乘法回归，可得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能的道道A 、m 、n 。 对于方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 μρ du = Re ， λμ Cp = Pr ， λαd Nu = 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度(空气进、出口温度的算数平均值)计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。 牛顿冷却定律为 Q=αA △t m 式中α——传热膜系数，W/(m 2.℃)；
气—气传热综合实验操作讲义
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 = A * Re * Pr 实验研究，测定其准数关联式 Nu = B * Re 中常数 B 、m 的值和强化比 Nu / Nu 0 ，了解强化 ② 对α i 的实验数据进行线性回归，求关联式 Nu=ARe Pr 中常数 A 、m 的值。 ② 对α i 的实验数据进行线性回归，求关联式 Nu=BRe 中常数 B 、m 的值。 气—气传热综合实验讲义 一、 实验目的： 1． 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 α i 的测定方法，加 m 0.4 中常数 A 、m 的值； 2． 通过对管程内部插有螺旋线圈和采用螺旋扁管为内管的空气—水蒸气强化套管换热器的 m 传热的基本理论和基本方式； 3． 了解套管换热器的管内压降 ?p 和 Nu 之间的关系； 二、 实验内容： 实验一： ① 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数α i 。 m 0.4 ③ 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的管内压降 ?p 1。 实验二： ① 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数α i 。 m ③ 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的管内压降 ?p 2 。并在同一坐标系下绘制普通管 ?p 1 ~Nu 与强化管 ?p 2 ~Nu 的关系曲线。比较实验结果。 ④ 同一流量下，按实验一所得准数关联式求得 Nu 0，计算传热强化比 Nu/Nu 0。 三、 实验原理 实验一 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1. 对流传热系数α i 的测定 对流传热系数α i 可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。
高等传热学课件对流换热-第5章-1
第五章自然对流换热 当流体内部的温度分布或浓度分布不均匀时，会造成密度分布的不均匀，在体积力场的作用下，形成浮升力，而引起流体的流动与换热，这种现象称为自然对流。 在自然界与工程技术中，自然对流现象很多，譬如：地面与大气间温度差引起的复杂大气环流，工业排烟在大气中的混合与蔓延，工业废水在水域中的混合与扩散，各种电子器件的散热冷却，建筑物内的采暖，炉中的火焰与烟气的蔓延等。 在铸造、温控等涉及固/液相变的技术过程中，自然对流也是重要的物理过程。 与强制对流换热一样，自然对流也有层流与湍流，内部流动与外部流动的区别。
5-1 自然对流边界层分析 一、自然对流边界层的特点 以放置于静止流体中的竖壁为例。流体温度为T ∞，壁面温度为w T ，当w T T ∞>时，壁面附近的流体被加热，温度升高，密度变小，在重力场作用下产生浮力，使流体向上运动，如图。 (a) Pr 1=, ()T δδ= (b)Pr >>1, ()T δδ>
一般来说，不均匀的温度场仅出现在离壁面较近的流体层内，表现出边界层的特性。与强制对流不同，离壁面较远的流体静止不动。 对不同类的流体，其边界层内的速度分布、温度分布及控制机理有所不同。 (a) 当Pr 1=时，T δδ=，温度分布单调，速度分布在离壁面一定距离 处取得较大值，从壁面到速度极大值处，浮升力克服粘性力产生惯性力（速度）。随着离开壁面的距离的增加，浮升力减小，但粘性力以更快的速度减小，直至为零，即在此处取得极大值。从该点向边界层外缘，由于浮升力进一步减小，不足以维持如此大的惯性，所以速度又逐渐降低。 (b)Pr >>1时，T δδ>。在T y δ<区域，浮升力克服粘性力产生惯性；在T y δ>区域浮升力为零，流体靠消耗惯性力来克服粘性力。此时，温度分布与速度分布的宽度不同。 (c) Pr <<1时，T δδ<，热扩散能力大于粘性扩散能力。在y δ<区域，
套管换热器传热实验实验报告数据处理
套管换热器传热实验实验报告数据处理 我们组做的是实验I : 1， Q=m s1c 1 △t 1 求K 得先求Q Q=m s 1C 1△t 1 ,其中，C 1=所以得先求m s 1 , C 1， △t 1, ◇ 1m s1 =V s1 ρ 要得求V s1，V s1=u 1A ，V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2）-gR C 0为空流系数，C 0=0.855,A 0为空口面积，A 0的计算方法如下：A 0 =π4 d 02 , d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×（20.32 1000 ）2=3.243293×10-4 m 2 R 为压计差读数 A=π4 d 2 ,d 为内管内径=20mm ， 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1， ◇ 2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值，然后用内插法求得对应平均温 度对应的的C 1值 ◇ 3 求△t 1= t △ t 1 ,= t = t 1 + t 2 2 t 1 为进口温度 t 2 为出口温度 进口温度t 1的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式求[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=得
Et ，再由852.4901004.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 1值 出口温度t 2的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=求得 Et ，再由852.49010 04.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 2值 由以上步骤求出 Q 2 ，由Q=KA △t m 求出K 值 K= Q A △t m Q 由第一步已经求出，A 为内管内径对应的面积，A=2π rL ,r=17.8mm=0.0178 m, A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ，Nu 流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为： (,,)l Nu f Re Pr d = 对于空气，在实验范围内，Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对 Nu 的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成： m Nu aRe = 式中，a 和 m 为待定常数。 Re=du ρ μ d=2×0.0178 m =0.0356 m , u=Vs/（π×0.01782 ）μ 和ρ用内插法，先查表 的相近温度的μ，ρ，再用线性关系计算求得。 测量空气一侧管壁的中区壁温T W ，由热电偶按前面公式求得；由下式可以计算空气与管壁
化工原理实验传热实验报告
传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4 .0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a *4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 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三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 ??? ? ???=223,,μρβλμμρλαtl g c lu F l p 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a 圆管传热基本方程： m t A K t T t T t T t T A K Q ???=-----?=111 22112211 1ln ) ()( 热量衡算方程： )()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-= 圆管传热牛顿冷却定律： 2 2112211 22211221121 1ln ) ()(ln )()(w w w w w w w w T T T T T T T T A t t t t t t t t A Q -----?=-----?=αα 圆筒壁传导热流量：)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54 .02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]
传热学重点知识复习资料合集
传热学重点知识复习资料合集 一、名词汇总概述 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 4．导热原理：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。
9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 11．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。 12．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。13．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。 14．热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。 15．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。 16．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。17．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。18．傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。 19．保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。 20．肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。 21．接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。
传热实验实验报告
一、 实验名称： 传热实验 二、实验目的： 1.熟悉套管换热器的结构； 2.测定出K 、α，整理出e R N -u 的关系式，求出m A 、. 三、实验原理： 本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。 套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。 传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[2m k m W t A q K m ???= (1) 传热实验
图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○ 1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3/s] V h ——空气流量[m 3/h] ρ——空气密度[kg/m 3 ]，以下式计算： ]/)[273(4645.031 m kg t R p P a ++=ρ （3） Pa ——大气压[mmHg] Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃] Cp ——空气比热[K kg J ?/]，查表或用下式计算： ]/[04.01009K kg J t C m p ?+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃] ②传热平均面积A m ：
][2m L d A m m π= （5） 式中：d m =传热管平均直径[m] L —传热管有效长度[m ] ③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算： T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=?-=? 2 1 2 1ln t t t t t m ???-?= ? (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃] 2、传热膜系数（给热系数）及其关联式 空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示： n r m e P AR Nu = （7） 式中：N u ——努塞尔特准数 R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数 A ——系数，经验值为0.023
传热实验报告
传热膜系数测定实验 实验日期：2010/12/9 班级: 姓名： 学号: 同组人: 实验装置：
一.报告摘要 本实验以套管式换热器为研究对象，并用常压下100℃的水蒸汽冷凝空气来测定传热膜系数，通过实验掌握传热膜系数及传热系数的测定方法，并确定传热膜系数准数关系式中的系数及分析影响传热膜系数的因素。 关键词：传热膜系数α，传热系数K ，努赛尔数Nu ，雷诺数Re ，普朗特准数Pr 二.目的及任务 1. 掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2. 通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3. 通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素。 三.基本原理 对流传热的核心问题是求算传热系数α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为 p n m Gr A Nu Pr Re = 对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，即 n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m 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。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 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。应用计算机辅助手段，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。其特征数定义式分别为 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 的值。 牛顿冷却定律为 m t A Q ?=α 式中α——传热膜系数，W/(m 2·℃)； Q ——传热量，W ； A ——总传热面积，m 2；
换热器综合实验报告
实验四换热器综合实验报告 一、实验原理 换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用的均是间壁式换热器，热量通过 固体壁面由热流体传递给冷流体，包括：套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器。针对上述三种换热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡温度等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。 传热过程中传递的热量正比于冷、热流体间的温差及传热面积，即Q = KAΔT （1） 式中：A—传热面积，m2 （1）套管式换热器：0.45m2 （2）板式换热器：0.65m2 （3）管壳式换热器：1.05m2 电加热器：6kV ΔT—冷热流体间的平均温差，℃ K—换热器的传热系数，W/(m·℃) Q—冷热流体间单位时间交换的热量，W.冷热流体间的平均温差ΔT 常采用对数平均温差。对于工业上常用的顺流和逆流换热器，对数平均温差由下式计算 除了顺流和逆流按公式（2）计算平均温差以外，其他流动形式的对数平均温差，都可 以由假想的逆流工况对数平均温差乘上一个修正系数得到。修正系数的值可以由各种传热学书上或换热器手册上查得。 换热器实验的主要任务是测定传热系数K。实验时，由恒温热水箱中出来的热水经水泵
和转子流量计后进入实验换热器内管。在热水进出换热器处分别用热电阻测量水温。从换热 器内管出来的已被冷却的热水仍然回到热水箱中，经再加热供循环使用。冷却水由冷水箱经 水泵、转子流量计后进入换热器套管，在套管中被加热后的冷却水排向外界，一般不再循环 使用。套管外包有保温层，以尽量减少向外界的散热损失。冷却水进出口温度用热电阻测量。 通常希望冷热侧热平衡误差小于3%。 实验中待各项温度达到稳定工况时，测出冷、热流体进出口的温度和冷、热流体的流量， 就可以由下式计算通过换热面的总传热量 根据计算得到的传热量、对数平均温差及已知的换热面积，便可由公式（1）计算出传热系数K 。 换热器类型 方式 热进温度 热出温度 冷进温度 冷出温度 热流体流量 冷流体流量 板式 顺流 57.1 43.5 22.8 31.8 78 72 逆流 56.5 35.9 23.1 33.1 76 72 套管式 顺流 57.6 40.7 22.5 31.6 72 78 逆流 56.8 35.2 22.1 33 72 64 管壳式 顺流 57.1 40.5 22.5 31.3 76 72 逆流 57.2 41.1 22.6 32 74 65 计算传热系数K 和换热器效率 TA Q K ?=
传热学讲义设计—第二章
第二章 稳态导热 本章重点：具备利用导热微分方程式建立不同边界条件下稳态导热问题的数学模型的能力 第一节 通过平壁的导热 1-1 第一类边界条件 研究的问题： （1）几何条件：设有一单层平壁，厚度为δ，其宽度、高度远大于其厚度（宽度、高度是厚度的10倍以上）。这时可认为沿高度与宽度两个方向的温度变化率很小，温度只沿厚度方向发生变化。（属一维导热问题） （2）物理条件：无内热源，材料的导热系数λ为常数。 （3） 边界条件：假设平壁两侧表面分别保持均匀稳定的温度 1w t 和2w t ，21w w t t >。（为第一类边界条件，同时说明过程是稳态的） 求：平壁的温度分布及通过平壁的热流密度值。 方法1 导热微分方程： 采用直角坐标系，这是一个常物性、无内热源、一维稳态导热问题（温度只在 x 方向变化）。 导热微分方程式为：022=dx t d （2-1） 边界条件为：10w x t t == ， 2w x t t ==δ （2-2） 对式（2-1）连续积分两次，得其通解： 21c x c t += （2-3） 这里1c 、2c 为常数，由边界条件确定 ，解得：?? ???=-= 11221w w w t c t t c δ （2-4） 最后得单层平壁内的温度分布为： x t t t t w w w δ 2 11-- = （2-5） 由于δ 、1w t 、2w t 均为定值。所以温度分布成线性关系，即温度分布曲线的斜率是常数（温度梯度）， const t t dx dt w w =-=δ 1 2 （2-6）
热流密度为：)(21w w t t dx dt q -=-=δ λ λ 2/m W （2-7） 若表面积为 A, 在此条件下 , 通过平壁的导热热流量则为 : t A qA ?==Φδ λ W （2-8） 考虑导热系数随温度变化的情况： 对于导热系数随温度线形变化，即)1(0bt +=λλ，此时导热微分方程为：0=?? ? ??dx dt dx d λ 解这个方程，最后得： ?? ? ???++-+?? ? ?? +=+)(211212121121 122w w w w w w t t b x t t bt t bt t δ 或 x t t t t b b t b t w w w w w δ 12211)(2112 2-??????+++??? ??+=??? ??+ 说明：壁内温度不再是直线规律，而是按曲线变化。 对上式求导得：??? ?????+??? ??-=)1/(222bt dx dt b dx t d 因为 01>+bt ，02 >?? ? ??dx dt 所以 0>b ? 02 2