液-液热交换总传热系数和膜系数-模板
湖州师范学院化工原理实验报告
液-液热交换总传热系数和膜系数的测定
一、实验内容：
1、测定液液热交换过程的总传热系数
2、测定流体在水平管内作强制湍流时的对流传热膜系数
3、根据实验数据统计估计传热膜系数准数关联式中的参数 二、实验基数 1．实验设备参数 （1） 内管（铜管）
外径 m d o 012.0= 内径 m d i 008.0= 内管横载面积 2200005027.04
m d S i ==
π
内管测试长度m l 1=
（2） 外管（玻璃管）
外径 m D o 02.0= 内径 m D i 016.0= （3）环隙横截面222'
00008792.0)(4
m d D A o i =-=
π
（4）内管内壁横截面202513.0m l d A i w ==π （5）内管外壁横截面2'
03770.0m l d A o w ==π
（6）平均热交换面积2'
03142.02
m A A A w
w =+=
2、实验操作参数 冷水流量h L V /450'
= 冷水温度20℃ 三、实验数据
湖州师范学院化工原理实验报告1.实验测得数据可参考如下表格进行记录：
班级：20130923 日期：2015年12月9日周三 2
2．实验数据整理 （1）管内热水平均温度 2
21T T T m +=
,例如，序号1的5022
.458.541=+=
m T ℃以此类推，求出各序号的平均温度，以平均温度查相应的)/(3m kg ρ，)(PaS μ，
kg j C p /(℃），m W /(λ℃）。
列表
（2）根据各序号的流量求出各内管管内流速，根据对应的u ，ρ，μ，d 求出管内
雷诺数Re ，普朗特准数，λ
μ
⋅=
p c Pr ，例如S
V u s
=
s m S V u S /33.100005027
.01067.65
1=⨯==-，
44
1
1
1110909.110
49.51
.98833.1008.0⨯=⨯⨯⨯=
=
-μρu d R i e ， 55.3648
.01049.510183.4Pr 431
1
11=⨯⨯⨯=⋅=
-λμp c
列表
（3）①根据各序号的质量流量，管内进出口温度，p c 求出各内管传热速率Q ，
)(21T T wc Q p -=，②求出各序号冷热水平均温度差m T ∆，热水与壁面间的平均温度差
'
m T ∆，
111t T T -=∆ 222t T T -=∆
()
()6 2
,25 ln T ,22
12121
2
1m 2
1T T T T T T T T T T T m ∆+∆=∆≥∆∆∆∆∆-∆=∆≥∆∆时当
时当
111W T T T -=∆ 222W T T T -=∆
()
()8 2
,27 ln T ,221'
2121
21'
m 2
1T T T T T T T T T T T m ∆+∆=∆≥∆∆∆∆∆-∆=∆≥∆∆时当
时当
8.29258.541=-=∆T 4.278.172.452=-=∆T
6.282
4
.278.29=+=
∆m T
热水与壁温间，
9.169.378.5411'1=-=-=∆w T T T 5.127.322.4522'
2=-=-=∆w T T T
7.142
5
.129.16'
=+=
∆m T
W T T C q Q p m 2647)2.458.54(10183.41059.6)(32211=-⨯⨯⨯⨯=-=-() 2946 6
.2803142.02647 211=⨯=∆=∆-=m m p s T A Q T A T T c m K
71657.1402513.02647
'
1=⨯=∆=
m
i i T A Q α 5.88648
.0008.0716411
1===λαi
d Nu 列表
3．实验结果
（1）对流传热系数
根据量纲分析法得n
m
c Nu Pr Re =，取对数A m Nu +=Re lg lg ，其中n
c A Pr lg =，
设Nu y lg =，Re lg =x ，则可作直线A mx y +=， 求出斜率m k =，Pr 变化不大，可设为定值，取3.0=n ，在获得A 值的情况下，求得c ，这样就获得了求α的经验公式。
1、用回归法求解 A mx y += 中的m 、A
列表
由上图可知，m=0.3762,a=0.5633,r2=0.946,r=0.973
2、总传热系数与管内雷诺数的准数关联式：
m
K=aRe
由上图可知，m=4.1099,a=1.198×10-7,r2=0.8121,r=0.9012 4．组员
黄莹2013092338 张燕红2013092333
傅梦洁2013092328。
化工原理第四章传热过程超详细讲解
例4-12 在其他条件(K,Cp,M1,M2)不变时, 并→逆，求T2, t1。 解：利用并流求得有关常数： Φ=KAΔtm=-M1Cp1ΔT’=M2Cp2Δt’
设热阻集中在保温层：则
则一米管年损失的热量：
W=J/s
年损失的价值：
一米管道耗保温材料体积：V= ∴年折旧费用：
总费用： 求导，求极值:
28.356
复杂系数一元三次方程，用试差法求解：
设D=0.4 时，左=62.8≈右=63 ∴δ=D-0.1/2=(0.4-0.1)/2=0.15 m
作业：P142 （4、5）
∴ A (t1 t 2) At
R=δ/λ—热阻
2 多层平面壁,如耐火砖——绝热砖——建筑砖组成三层复合 壁，对各层分别应用单层导热公式有：
一层：
(1)
二层：
(2)
三层：
(3)
∵平面壁：A1=A2=A3=A ∵稳定传热Φ1=Φ2=Φ3=Φ则有：
t1-t4=Δt=
…(4)
…(5)
讨论：(1) ①+②得：
(4)潜热 Q潜 mH m nH n
(J/mol*K)
式中:ΔHm和ΔHn分别为质量和摩尔相变潜热 (单位分别为： J/kg；J/mol)
§2 传导传热（热传导，导热） 一、定义：传导传热——发生在固体、静止或滞流流体中，因分
子的振动或自由电子的运动而传递热量的方式。
二、导热方程—付立叶定律：
故将对流传热扩展为：对流给热——流体与壁面 之间的传热。由于壁面附近的流体为滞流，因此：对 流给热包括湍流主体的对流传热和壁附近滞流层的热 传导，为描述此复杂的给热过程的速率，特提出对流 给热机理(模型)，其要点为：
a.湍流主体以对流方式传热，温度一致, 即忽略湍流主体的热阻。
化工原理实验简明讲义
化工原理实验简明讲义哈尔滨工业大学绪论化工综合实验课是化工、环境、生物化工等系或专业的重要基础实验技术课。
它的历史悠久，已形成了完整的教学内容与教学体系。
化工综合实验课是化工原理等课程中所涉及的理论和计算方法的实验研究，化工综合实验课在化工类专业课程中占有重要的地位。
一、化工综合实验课的目的和意义1．巩固和深化理论知识2．培养学生从事实验研究的能力3．培养学生从事工程设计研发的能力4. 培养学生实事求是、严肃认真的学习态度二、化工综合实验课的主要内容化工综合实验课程的内容应包括实验理论教学与基础实验教学两大部分，实验理论教学涉及到实验方法论、数据处理、测试技术及典型仪器、仪表的使用。
基础实验为化工原理全国指导委员会规定的8个实验，即（1）伯努力试验；（2）流体流动形态及雷诺数的测定；（3）流体流动阻力的测定；（4）换热器传热系数及传热膜系数的测定；（5）间歇填料精馏柱性能的测定；（6）填料塔液侧传质膜系数的测定；（7）流化床干燥速率曲线的测定。
除此之外，还包括萃取实验及连续填料精馏柱性能的测定等。
根据不同专业、学科的要求及学时数要求，可以选择以上10个基础实验中的若干个作为实验内容。
三、化工综合实验课的基本要求化工原理实验对于学生来说是第一次接触到用工程装置进行实验，学生往往感到陌生，无从下手。
有的学生又因为是2人一组而有依赖心理，为了切实收到教学效果，要求每个学生必须做到以下几点：1．实验前的预习2．实验中的操作训练3．实验后的总结实验一伯努利试验一、实验目的本实验采用一种称之为伯努利试验仪的简单装置，实验观察不可压缩流体在导管内流动时的各种形式机械能的相互转化现象。
并验证机械能衡算方程（伯努利方程）。
通过实验，加深对流体流动过程基本原理的理解。
二、实验原理∑+++=++f 22222111h u 21P gZ u 21P ρρgZ J ·kg -1 （1） 三、实验装置四、实验方法五、实验结果六、思考题1．为什么实验要保持在恒水位条件下进行？2．从实验中，你能从观察现象中解释流体在直管内流动的速度与阻力损失的变化关系吗？3．操作过程中为什么要排气泡？4．实验中所观察的现象，对其它流体是否也相类似，对不同流体，以上现象又将发生怎样变化？实验二流体流动型态及临界雷诺数的测定一、实验目的本实验的目的，是通过雷诺试验装置，观察流体流动过程的不同流型及其转变过程，测定流型转变时的临界雷诺数。
化工原理实验报告(传热)
北京化工大学化工原理实验报告传热膜系数测定实验院（部）：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工1005*名：*** 2010011136同组人员：王彬刘玥波方郡实验名称：传热膜系数测定实验实验日期： 2012.11.28传热膜系数测定实验一、摘要本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。
通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu ，做出lg （Nu/Pr0.4）～lgRe 的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A 和m 值。
关键词：对流传热 Nu Pr Re α A 二、实验目的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 、n 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，了解工程上强化传热的措施。
三、实验原理黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算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 ⋅⋅=对于强制湍流有： n m A Nu Pr Re =用图解法对多变量方程进行关联，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）。
在两边取对数，得到直线方程为Re lg lg Pr lg4.0m 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mNuA RePr4.0=其中 λαλμμρdNu 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 值。
10传热学-传热过程和换热器
tf1 tf 2
K
For steady heat transfer through a series composite wall
K
1 1 n i 1 h1 i 1 i h2
二、通过圆筒壁的传热 (heat transfer through a cylinder)
二、对保温隔热材料的要求 1. 有最佳密度：使用时，应尽量使其使用密 度接近最佳密度； 2. 热导率小：选用热导率小的材料； 3. 温度稳定性好：在一定温度范围内，物性 值稳定 4. 有一定的机械强度； 5. 吸水、吸湿性小：水分会使材料导热系数 大大增加。 三、最佳保温隔热厚度
四、保温结构 为防止水或湿气进入，外加保护层。 为减少对环境的辐射散热，外加铝箔或聚酯镀铝薄膜。 五、保温隔热效率 设备和管道保温隔热前后的散热量(或冷损失量)之差 与保温隔热前散热量0(或冷损失量)之比，即：
Heat transfer rate:
KAt KA(t f 1 t f 2 )
where A—surface area, m2 t—temperature difference, C K—overall heat transfer coefficient, W/m2· C
一、通过平壁的传热 (heat transfer through a plane wall)
注意：对于低温、超低温管道和设备的保冷，一般的 保温隔热材料不能满足要求，须采用多层镀铝薄膜和 网状玻璃纤维布并抽真空。
0 0
§3 换热器(Heat exchangers)
一、换热器的种类(Heat exchanger types) 1. 按原理分 间壁式换热器：冷热流体被固体壁隔开，如蒸发 器、冷凝器等。 混合式换热器：在这种换热器中，两种流体相互 混合，依靠直接接触交换热量。如水和空气直接 接触的冷却水塔。 回热式(或蓄热式、再生式)换热器：在这种换热 器中，冷热流体交替地与固体壁接触，使固体壁 周期地吸热和放热，从而将热流体的热量传给冷 流体。如锅炉的再生式空气预热器和燃气轮机的 空气预热器。
化工原理天大版第四章-传热2..
图4-1 混合式冷凝器 (a)并流低位冷凝器 (b)干式逆流高位冷凝器
1一外壳 2一淋水板 3、8一气压管 4一蒸汽进口
5一进水口6－不凝气出口 7一分离罐
蓄热式换热是在 蓄热器中实现热交换 的一种换热方式。蓄 热器内装有固体填充 物(如耐火砖等)，热 、冷流体交替地流过 蓄热器，利用固体填 充物来积蓄和释放热 量而达到换热的目的 。通常在生产中采用 二个并联的蓄热器交 替地使用，如图所示 。
氨蒸气
烟道气
~1000
适用温度，℃
0~80
>30
0~—15
<—15~—30
谢谢！
化工原理天大版第四章-传热2..
重点： ①单层、多层平壁，圆筒壁热传导速率方程 及应用； ②换热器能量衡算，总传热速率方程和总传 热系数的计算； ③对流传热系数的影响因素； 难点：
1. 对流传热机理;
2. 圆筒壁换热器的传热；
4.1 概 述
4.1.1 传热基本方式 4.1.2 冷热流体热交换的方式 4.1.3 典型的间壁式换热器 4.1.4 传热速率和热通量 4.1.5 稳态传热和非稳态传热
①热流体将热量传到壁面一侧②热量通过固体壁面的
热传导③壁面另一侧将热量传给冷流体
热对流---热传导---热对流
①结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成， 安装时无需另外加工。
②传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合 适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此 它的传热效果好。液-液换热时,传热系数为 870～1750W/（m 2·℃）。这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。 套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约 为 管壳式换热器 的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。
传热三种方式
1•传导传热是指温度不同的物体直接接触，由于自由电子的运动或分子的运动而 发生的热交换现象。
温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间热能的传递过程，称为传导传热。
传热过程中，物体的微观粒子不发生宏观的相对移动，而在其热运动相互振动或 碰撞中发生动能的传递，宏观上表现为热量从高温部分传至低温部分。
微观粒子 热能的传递方式随物质结构而异，在气体和液体中靠分子的热运动和彼此相撞， 在金属中靠电子自由运动和原子振动。
⑴对流传热是热传递的一种基本方式。
热能在液体或气体中从一处传递到另一处的过程。
主要计算分类对于宅瘟畀捲T 特担黑举为聲疑*ao2、多层平面壁的计算1、单层平壁的计算⑴序+购珅子连嘉荐挑扯ft qg 醴円畀…是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。
是液体和气体中热传递的主要方式。
但也往往伴有热传导。
通常由于产生的原因不同，有自然对流和强制对流两种。
根据流动状态，又可分为层流传热和湍流传热。
化学工业中所常遇到的对流传热，是将热由流体传至固体壁面（如靠近热流体一面的容器壁或导管壁等），或由固体壁传入周围的流体（如靠近冷流体一面的导管壁等）。
这种由壁面传给流体或相反的过程，通常称作给热。
定义对流仅发生于流体中，它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位弯管中的对流传热⑴由于流体间各部分是相互接触的，除了流体的整体运动所带来的热对流之外，还伴生有由于流体的微观粒子运动造成的热传导。
在工程上，常见的是流体流经固体表面时的热量传递过程，称之为对流传热。
[2]对流传热通常用牛顿冷却定律来描述，即当主体温度为tf的流体被温度为tw 的热壁加热时，单位面积上的加热量可以表示为q=a（tw-tf），当主体温度为tf的流体被温度为tw的冷壁冷却时，有q=a（tf-tw）式中q为对流传热的热通量，W/m2 a 为比例系数，称为对流传热系数，W/（m2「C）。
牛顿冷却公式表明，单位面积上的对流传热速率与温差成正比关系。
化工原理传热膜系数测定实验报告
北京化工大学化工原理实验报告实验名称：传热膜系数测定实验班级：化工1305班*名：***学号：********** 序号：11同组人：宋雅楠、陈一帆、陈骏设备型号：XGB型旋涡气泵及ASCOM5320型压力传感器第4套实验日期：2015-12-17一、实验摘要首先，本实验让空气走内管，蒸汽走环隙，采用由XGB 型漩涡气泵风机、ASCOM5320型压力传感器、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，由人工智能仪来读取所有温度和压差等参数，用计算机软件实现数据的在线采集与控制。
其次，由所得数据分别求得了正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α，再通过作图，使用图解法确定了传热膜系数准数关系式Re Pr m n Nu A =（n=0.4）中的系数A 和指数m 后，在双对数坐标纸中作出了0.4/Pr Re Nu 的关系曲线。
最后，整理出了流体在圆管内做强制湍流流动的传热膜系数准数半经验关联式，并与公认的关联式进行了比较。
关键词：传热膜系数K 、雷诺数Re 、努赛尔准数Nu 、普朗特数Pr 、图解法二、实验目的1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法： （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α1’2、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 、n 的方法；3、通过实验提高对准数关系式的理解，将实验所得结果与公认的关联式进行比较，分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。
三、实验原理间壁式传热过程可分为三个过程：第一、由热流体对固体壁面的对流传热，第二、固体壁面的热传导，第三、固体壁面对冷流体的对流传热。
当流体无相变时的对流传热准数关系式可由量纲分析法写为：Re Pr m n p Nu A Gr =对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，进行简化后：Re Pr m n Nu A =在本文中，采用Excel 软件对上述准数关系式中的指数m 、n 和系数A 进行计算机求解。
表面传热系数
大空间内流体沿垂直壁面进行自然对流：
t h ,u
th,W
th th1
x x u
h
竖直壁面上表面传热系数的分布
y
近壁处温度与流速的分布
沿竖壁自然对流的流动和换热特征
表面传热系数的求取： ① 查图求解
lg(Nu) lg(Nu)
3.2
3.2
2.8
2.8
2.4
2.0
2.0
1.6
1.6
1.2
1.2
0.8
0.8 0.4
式中：
d1 内管外径， m; d2 外管内径， m; de 套管环隙当量直径， m.
② 管外强制对流 a) 流体横向流过单管
表面传热系数分布 1）低雷诺数（70800~101300） φ=0-80°，层流边界层厚度增大 使h↓， φ>80°，边界层分离，使h↑， 有一个最低点。 2）高雷诺数（140000~219000） 有两个最低点：
作用：● 提高湍动程度，↑h，强化传热；
● 加固、支撑壳体。 缺点：流动阻力↑，壳程压降↑的重要因素。
有折流挡板时壳程流体表面传热系数：
102
RePr1
3
W
0.14
10
1 10
102
103
Re 104
管壳式换热器表面传热系数计算曲线
也可采用关联式：
Nu 0.36Re0.55Pr1/3( /w)0.14
蒸汽冷凝， h：500015000W / m2K
4.4.2 无相变化时对流传热过程的量纲分析
（1）量纲分析过程 ① 优点：减少实验次数； ② 依据：物理方程各项量纲一致； ③ 步骤：：
（a）通过理论分析和实验观察，确定相关因素；
传热系数
4.4 冷凝与沸腾传热蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的冷凝形式。
如图4-28所示。
如果冷凝液体能够润湿壁面，冷凝下来的液体将在壁面上铺展成膜，这种冷凝形式称为膜状冷凝；当冷凝的液体不能很好地润湿壁面时，则由于表面张力的作用，蒸汽将在壁面上冷凝成许多小液滴，这种冷凝形式称为珠状冷凝。
珠状冷凝时，由于大部分壁面裸露在蒸汽中，蒸汽可以直接在冷壁面上凝结，没有液膜引起的附加热阻，因此珠状冷凝的传热系数比膜状冷凝高几倍到几十倍。
从强化传热的角度看，珠状冷凝比膜状冷凝具有明显的优势。
有时在工业冷凝器中采用冷凝表面处理或加入促进剂的方法以产生珠状冷凝，但是暴露在蒸汽中的壁面经过一段时间后，大部分又变成了可润湿的表面，故很难持久地保持珠状冷凝的工作条件。
因此，工业冷凝器的设计都是按膜状冷凝考虑。
一、纯蒸汽在竖壁上进行层流膜状冷凝时的对流传热系数竖壁上膜状冷凝机理最早由努塞尔在1916年提出。
在努塞尔的分析中，作了如下简化和假设：纯蒸汽冷凝所形成的液膜很薄，在重力的作用下呈层流稳定流动；通过液膜的热量传递以热传导方式进行，液膜内的温度呈线性分布；蒸汽静止，汽液界面上无剪切运动；液膜和蒸汽的物性为常数，壁面温度恒定，液膜表面温度是饱和蒸汽温度；忽略液膜的过冷度，冷凝液体的焓等于饱和液体的焓值。
如图4-29所示，沿冷凝液流动方向任意位置x处，竖壁宽度为b，液膜厚度为d，液膜导热系数为l，按傅立叶定律，满足（4-88a），即在液膜中取微元体，由微元体所受重力、浮力和摩擦力的平衡，并考虑到冷凝液体的密度远大于蒸汽的密度，可得到液膜流动的平均速度为[4]（4-88b）其中m、r为液膜的密度和粘度。
在x处，冷凝液膜的厚度为d，则通过流通截面S=db的质量流率为（4-88c）当冷凝液体由x处流至x+dx处时，由于液膜增厚而引起的质量流率增量为dm质量的蒸汽冷凝所放出的潜热必然要通过厚度为d的液膜传给冷壁面，则（4-88d）式中r为蒸汽的冷凝潜热。
环境工程原理第一篇(第四章) 热量传递(新)
四川农大本科生课程 环工原理
等温线 T2
T
T+ΔT
Δn
Q Δl
T1
温度梯度：自等温面上某一点出发，沿不同方向的温 度变化率不相同，而以该点等温面法线方向的温度变 化率最大，称为温度梯度。为矢量，方向与给定点等 温面法线方向一致，以温度增加的方向为正。
T T gradT lim n n
Nu 0.023Re Pr
0.8
f
低黏度（小于2倍常温水的黏度） f＝0.4 f＝0.3 被加热 被 冷却
di u 0.8 c p f 0.023 ( ) ( ) di
0.8 0.33
0.14 Nu 0.027Re Pr （ ） 高黏度 W
应用条件及相关修 正见书上P130
二、通过平壁的一维稳态导热(薄壳）
（一）、单层平壁一维稳态导热
输入热量 输出热量 常数 速率 速率
T
Q qA A
dT 常数 dx
T1
dT T2 T1 常数 若为常数，则： dx b
-------可见温度分布为直线
Q r2
dr
0
Q T2
r
--------可见温度分布 为对数关系
b 薄壳衡算法
在圆筒的内外表面之间积分： Q
r2
r1
T1 T2 T1 T2 Q r2 r1 ln r2 r1 2L 2L r2 r1 ln r2 r1 T r2 r1 令rm --------对数平均半径 ln r2 r1
三、对流传热速率
（一）、牛顿冷却定律
dQ dAT
采用平均值
Q AT
dA