空气对流传热系数的测定
空气对流传热系数的测定实验报告
空气对流传热系数的测定实验报告空气对流传热系数的测定实验报告引言：传热是物质内部或不同物质之间的热量传递过程。
在工程和科学领域中，对流传热是一种常见的传热方式。
对流传热系数是描述流体对流传热能力的物理量，对于研究和应用热传导、换热器设计等方面具有重要意义。
本实验旨在通过测定空气对流传热系数，探究对流传热的规律和机制。
实验装置和方法：实验所需的装置包括一个加热器、一个温度计、一个风扇和一根长而细的金属棒。
首先，将金属棒的一端插入加热器中，确保其与加热器接触良好。
然后，将风扇放置在金属棒的另一端，并将其打开。
接下来，使用温度计测量金属棒不同位置的温度，并记录下来。
实验过程和结果：在实验开始时，我们先调节加热器的温度，使其保持在一个恒定的值。
然后，使用温度计分别测量金属棒的不同位置的温度。
我们将测得的温度数据记录在表格中，并根据测得的温度差值计算出空气对流传热系数。
通过对实验数据的分析，我们发现金属棒的温度随着距离加热器的距离逐渐降低。
这是因为加热器提供的热量通过金属棒向外传递，而空气对流传热是主要的传热方式。
随着距离的增加，空气对流传热的效果逐渐减弱，导致温度下降。
根据测得的温度数据，我们使用经验公式计算了空气对流传热系数。
经过计算，我们得到了不同位置的空气对流传热系数的数值。
这些数值与理论值进行对比，发现它们基本上是一致的，验证了我们的实验结果的准确性。
讨论和结论：通过本次实验，我们成功测定了空气对流传热系数，并验证了实验结果的准确性。
空气对流传热系数的测定对于工程和科学领域中的热传导和换热器设计等方面具有重要意义。
然而，本实验也存在一些局限性。
首先，我们只使用了一个加热器和一个风扇进行实验，这可能导致实验结果的一定偏差。
其次，我们没有考虑其他可能影响对流传热的因素，如湿度和压力等。
为了进一步提高实验的准确性，可以使用更多的加热器和温度计进行测量，以获得更多的数据。
此外，可以在实验中引入其他因素，如湿度和压力的测量，以更全面地了解对流传热的规律和机制。
空气对流传热系数的测定
空气对流传热系数的测定一、实验目的1.测定空气在圆直管中强制对流时对流传热系数。
2.通过使实验掌握并确定对流传热系数准数关联式中的系数；3.通过实验提高对准数的理解，并分析影响对流系数的因素，了解强化传热的措施；4.掌握强制对流传热系数及传热系数的测定方法；5.了解热电偶和电位差计的使用和仪表测温方法。
二、实验原理1.本实验装置为套管式换热器，空气走管内水蒸汽走管间，两流体在换热器内进行热量交换，其传热基本方程式:Q=KA ∆t m其中:Q=Wc p （t 进-t 出）∆t m =（T-t 进）-（T-t 出）/Ln(T-t 进)/(T-t 出)当测取Q 、A 后便可得到K 值。
ii m O O A 1A b A 1KA 1α+λ+α= 分析可知蒸汽的对流传热热阻、金属导热热阻都远小于空气对流热阻，则上式可近似写成i i A 1KA 1α= 又 KA=O O i i A K A K =当传热面积A i (内管内壁面积)时，由上述内容可得:m i i i t A Q K ∆==α （1） 2.若从实验中通过热过热电偶，测取内管的外壁温度，由于金属管热阻很小可忽略其内外壁间的温差，于是αi 也可由牛顿冷却定律(对流传热速率方程)得出:m i i t A Q ∆=α （2） (2)式与(1)式比较只是∆'t m 与∆t m 略有区别，∆'t m 是以壁与空气之间的温度差的平均值。
从热阻观点看（1）式忽略了蒸汽对流传热热阻和金属管壁导热热阻。
而（2）式只忽略了金属导热热阻，因此用（2）得到的αi 应更好些。
如用（1）计算αi 可认为用代替蒸汽温度，使αi 更接近真实。
3、空气在圆直管中强制对流传热时，对流传热系数的准数关联式可写成如下形式:n p Pr Re c Nu =在一定范围C 、P 、n 内为代定系数，其中在这里为已知系数，被加热时取n ＝0.4由实验可测得数据并整理出各准数系列数据。
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，℃。
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
实验目的：测定空气-水蒸气对流给热系数。
实验原理：空气-水蒸气对流给热系数是指在给定条件下，单位时间内单位面积的对流热流量。
在实际应用中，了解对流给热系数的大小对于设计和优化热传递设备非常重要。
实验装置：实验装置包括一个加热管、一个水槽以及一个温度计。
通过控制加热管的电压和水槽的温度，可以得到不同的条件下空气-水蒸气对流的热传递情况。
实验步骤：
1. 将实验装置准备好，确保加热管和温度计的位置正确。
2. 首先将加热管的电压调整到一个固定值，记录加热管上的电压和电流。
3. 启动水槽并将水温调整到一个适当的温度。
4. 将温度计放置在实验装置中，记录下来水的初始温度。
5. 开始记录时间和温度，每隔一段时间记录一次温度值。
6. 进行多组实验，每组实验可以改变加热管的电压或者水槽的温度，以得到不同的实验数据。
实验数据处理：
1. 将实验数据整理成表格。
2. 根据实验数据绘制温度-时间曲线。
3. 计算出空气-水蒸气对流的热传递系数。
4. 对不同实验条件下得到的热传递系数进行比较和分析。
实验结果：
根据实验数据计算得出的空气-水蒸气对流给热系数为X（单位）。
实验讨论：
根据实验结果可以得出结论：在给定的实验条件下，空气-水
蒸气对流给热系数为X，说明X。
实验结论：
通过本实验测定得到空气-水蒸气对流给热系数为X（单位），实验结果具有一定的参考价值，并为相关热传递设备的设计和优化提供了理论依据。
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。
实验三对流给热系数测定实验（空气-水蒸气体系）
实验三 对流给热系数测定实验（空气-水蒸气体系）3.1 实验目的1) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；2）测定空气在圆形直管内强制对流给热系数和换热器总传热系数并随着流量的变化规律；3）掌握热电阻测温方法；4）掌握化工原理实验软件库（VB 实验数据处理软件系统）的使用。
3.2 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，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：V ρC P (t 2－t 1)＝α0A 0(T －T W )m ＝αi A i (t w －t)m （1—15） 式中：V 被加热流体体积流量，m 3/s ； ρ 被加热流体密度，kg/m 3； C P 被加热流体平均比热，J/(kg ·℃)；α0、αi 水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m 2·℃)；t 1、t 2 被加热流体进、出口温度，℃； A 0、A i 内管的外壁、内壁的传热面积，m 2； (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—16）(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 mw -----=- （1—17） 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—17）可得：m P Tw T A t t C V )()(0120--=ρα （1—18）mw P it t A t t C V )()(012--=ρα （1—19） 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A 0或A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、T w2，则可通过式（1 —18）算得实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数α0；通过 式（1 —19）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi 。
对流传热系数的测定实验指导书
对流传热系数的测定实验指导书1 训练目的：1．1熟悉换热装置中的各种设备及名称、各类测量仪表及名称、控制阀门的作用、冷热流体进出口位置等。
1．2了解换热器的结构，掌握对装置的试压、试漏等操作技能。
1．3掌握传热系统的流程和开、停车步骤及常见事故的处理方法。
1．4学会对流传热系数的测定方法。
1．5测定空气在圆形直管内（或螺旋槽管内）的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关系式。
1．6了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。
2．实验内容：测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进出口温度，求得空气在管内的对流传热系数。
3 基本原理3．1准数关系式对流传热系数是研究传过程及换热性能的一个很重要的参数。
在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，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流传热所组成。
由单位传热速率议程式知，单位时间、单位传热面积所传递的热量为q=K（T－t）而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示q=a h·（T－T wl）或q=a·（t w2－t）式中q—传热量，W/℃；a—给热系数，W/㎡；T—热流体温度，℃；t—冷液体温度，℃；T w1、t w2—热冷液体的壁温，℃；下标：c—冷侧面h—热侧由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各种因素下对流传热系数的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方块字程。
在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系数的变化规律可用如下准数关联式表示N u=CR e m P r n=ad/λR e=duρ/µ=dw/AμNμ—努塞尔特准数；Re—雷诺准数；P r—普兰特准数；w—空气的质量流量，㎏/s；d—热管内径，m；A—换热管截面积，㎡；μ—定性温度下空气的粘度，P a·S；λ—定性温度下空气的导热系数，W/（m·℃）；a—对流传热系数，W/（㎡·℃）；当流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。
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空气对流传热系数的测定
一、实验目的
1.测定空气在圆直管中强制对流时对流传热系数。
2.通过使实验掌握并确定对流传热系数准数关联式中的系数；
3.通过实验提高对准数的理解，并分析影响对流系数的因素，了解强化传热的措施；
4.掌握强制对流传热系数及传热系数的测定方法；
5.了解热电偶和电位差计的使用和仪表测温方法。
二、实验原理
1.本实验装置为套管式换热器，空气走管内水蒸汽走管间，两流体在换热器内进行热量交换，其传热基本方程式:Q=KA ∆t m
其中:Q=Wc p （t 进-t 出）
∆t m =（T-t 进）-（T-t 出）/Ln(T-t 进)/(T-t 出)
当测取Q 、A 后便可得到K 值。
i i m O O A 1A b A 1KA 1α+λ+α= 分析可知蒸汽的对流传热热阻、金属导热热阻都远小于空气对流热阻，则上式可近似写成
i i A 1KA 1α= 又 KA=O O i i A K A K =
当传热面积A i (内管内壁面积)时，由上述内容可得:
m i i i t A Q K ∆==α （1） 2.若从实验中通过热过热电偶，测取内管的外壁温度，由于金属管热阻很小可忽略其内外壁间的温差，于是αi 也可由牛顿冷却定律(对流传热速率方程)得出:
m i i t A Q ∆=α （2） (2)式与(1)式比较只是∆'t m 与∆t m 略有区别，∆'t m 是以壁与空气之间的温度差的平均值。
从热阻观点看（1）式忽略了蒸汽对流传热热阻和金属管壁导热热阻。
而（2）式只忽略了金属导热热阻，因此用（2）得到的αi 应更好些。
如用（1）计算αi 可认为用代替蒸汽温度，使
αi 更接近真实。
3、空气在圆直管中强制对流传热时，对流传热系数的准数关联式可写成如下形式:
n p Pr Re c Nu =
在一定范围C 、P 、n 内为代定系数，其中在这里为已知系数，被加热时取n ＝0.4由实验可测得数据并整理出各准数系列数据。
4、准数关联式中把Re 与Nu 看成相关量，二者成幂函数关系，若用4.0r u P /N 与Re 为对应变量，在双对数座标上进行标绘，应得到一条直线，由此可以确定，待定系数p 和c 值，并进一步确定准数关联式的具体形式。
5、温度测量采用热电偶和温度计。
以热电偶测量值用于计算温度，温度计作为监测热电偶用。
用电位差计测得热电偶电位差E （热电偶热端即内管外壁处，冷端为冰水混合保温瓶）。
电位与温度的计算关系为： 5431004.8Et
10608.11055744.1t ---⨯⨯+⨯=-490.852 （℃）
6、流量测定采用孔板流量计用公式：
()ρ
=ρρ-ρ=R C gR 2CA V ,
00S 或ρ=ρ=R C V G ,s s
上式中：
本实验流程如图所示实为一套管式换热器，管内通入空气管外通入水蒸汽，空气由风机送入通过孔板流量计测量空气流量。
内管内径为d=0.0178m ，分为两种管型，一种是光滑管；一种是螺旋槽管。
二种管型其传热效果不同。
每套设备备有UJ －36型电位差计，用以配合热电偶测温。
四、实验方法
1.水蒸汽由电热蒸汽发生器供给蒸汽压强大小由控温仪通过加热电阻控制，要求蒸汽压强不超过0.05MPa 表压。
2.操作前排净套管内不凝性气体(空气)并检查冷凝水排出器(疏水器)是否正常。
3.测定前，将热电偶测量系统调整、准备好将水做成小碎块，小心放入保温瓶内加有适量水形成冰水混合0℃的条件。
将热电偶冷端接点小心放入瓶内。
4.先全开旁路阀关闭进入阀，打开风机，使系统内空气流量为零，调节空气进量为零，
调节空气进量时，先用进入阀由小到大开，当达到最大开度时，再根据需要闭小旁路阀，使流量继续加大，本实验应从雷诺数1000以上开始。
5.每次改变流量，当温度稳定后记取相应的读数，要求记录8组以上数据，注意间隔要适当。
注意事项:
1、操作小心防止烫伤；
2、电位差计必须按使用说明去使用，转动旋钮要轻，用后注意要关闭开关。
五、数据处理
/.04和Re的对应关系，并在双对数座标上绘出图
1、将实验数据整理成N P
u r
线，求出斜率和截距，进而得出准数关联式。
2、将计算中有关重要参数整理，列表并做适当分析。
实验讨论题
1、实验中应测取哪些数据？
2、如何测取K值？为什么可用K值代替α值？
3、实验中传热量应该用蒸汽放出的热量还是空气吸收的热量？为什么？
4、本实验用传热面积计算K值时，应该用内表面积还是外表面积？为什么？
5、空气流量如何测取？操作中应注意什么问题？
6、温度测取都采用什么方法？
7、在不同流动范围，准数关联式有什么不同？
8、为什么要排除不凝性气体？
9、从实验数据求取关联式中的系数和指数时，都有哪几种方法？
10、将实验结果与教材中经验式比较讨论误差来源。