化工原理实验：传热实验
化工原理の传热实验
化工原理の传热实验一、实验目的1、学习传热系数的测定方法；2、学习传热膜系数及其准数联式的测定方法。
二、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： ]/[2k m W t A qK m⋅∆⋅=(1)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(4645.031m kg t R p Pa ++=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 ：][2m L d A 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 -=∆-=∆2121ln 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：nr m e P R Nu 0α= （7）式中：N u ——努塞尔特准数R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数αo ——系数，经验值为0.023 m ——指数，经验值为0.8n ——指数，经验值为：流体被加热时n=0.4，流体被冷却n=0.3 为了测定传热膜系数，现对式（7）作进一步的分析：λαdNu =（8） α——空气与管壁间的传热膜系数[W/m 2·k] 本实验可近似取α=K[传热系数]，也可用下式计算：)(m W i t t A q -=α （9）A i ——传热管内表面积[m 2] t W ——管壁温[℃]t m ——空气进、出口平均温度[℃] d ——管内径[m]λ——空气的导热系数[W/m ·k]，查表或用下式计算：λ=0.0244+7.8×10-5t m （10） μρdu =Re （11）u ——空气在加热管内的流速[m/s]μ——空气定性温度（t m ）下的粘度[pa ·s]，查表或用下式计算：μ=1.72×10-5+4.8×10-8t m （12）d ，ρ——意义同上。
化工原理实验：传热实验
化工原理实验：传热实验化工传热综合实验一、实验装置的根本功能和特点本实验装置是以空气和水蒸汽为介质，对流换热的简单套管换热器和强化内管的套管换热器。
通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数α i 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^p 方法，确定关联式 Nu=ARemPr0.4 中常数A 、 m 的值。
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，测定其准数关联式 Nu=BRem 中常数B 、 m 的值和强化比Nu/Nu0 ，理解强化传热的根本理论和根本方式。
实验装置的主要特点如下：1.实验操作方便,平安可靠。
2.数据稳定,强化效果明显，用图解法求得的回归式与经历公式很接近。
3.水,电的耗用小,实验费用低。
4.传热管路采用管道法兰联接,不但密封性能好,•而且拆装也很方便。
5.箱式构造，外观整洁，挪动方便。
二、强化套管换热器实验简介强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；进步现有换热器的换热才能；使换热器能在较低温差下工作；并且可以减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能和资金。
强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。
螺旋线圈的构造图如图 1 所示，螺旋线圈由直径 3mm 以下的铜丝和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，因此可以使传热强化。
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。
螺旋线圈是以线圈节距 H 与管内径 d 的比值技术参数，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mB Nu Re 的经历公式，其中 B 和 m 的值因螺旋丝尺寸不同而不同。
化工原理传热实验
一、实验名称冷空气-蒸汽的对流传热实验二、实验目的(1)测定冷空气-蒸汽在套管换热器中的总传热系数K 。
(2)测定冷空气在光滑套管内的给热系数。
(3)测定冷空气在螺旋套管内的给热系数。
(4)比较冷空气在光滑套管内和螺旋套管内的传热性能，绘制Nu 与Re 之间的关系曲线。
(5)熟悉温度、流量等化工测试仪表的使用。
三、实验原理（1）冷空气-蒸汽的传热速率方程： m Q KA t =∆1212ln m t t t t t ∆-∆∆=∆∆21()v p Q q c t t ρ=-实验测得冷空气流量v q 、冷空气进出换热器的温度12t t 、；蒸汽在换热器内温度T ，可得K 。
（2）总热阻为1112211m bd d K h kd h d =++ 冷空气走管程，由于蒸汽2h 较大，k 较大，可忽略后两项，即1h K ≈。
（3）流体在圆形直管中强制对流时，'Re Pr mn Nu C =其中11h d Nu k =，Re du ρμ=，1Pr p c k μ=。
对冷空气而言，在较大温度范围内Pr 基本不变，取0.7；流体加热，0.4n =，可简化为Re mNu C =，改变流量，Re Nu 、改变，双对数坐标下作Re Nu 和关系是一条直线，拟合此直线方程，即为Re Nu 和的准数方程。
四、实验装置图及主要设备（包括名称、型号、规格）(1)实验装置示意图如下图所示（冷空气走管程）：图1 对流传热实验装置示意图1-涡轮流量计；2，3，7，10-球阀；4，5，8，9，11，12，14，15，18，19-温度传感器；6-冷凝水收集杯；13-蒸汽发生器；16-闸阀；17-消音器；20-风机；1#，2#-换热器(2) 设备及仪表。
设备:风机、蒸汽发生器、普通套管换热器、螺旋套管换热器、消音器。
仪表:气体涡轮流量计、差压变送器、温度变送器、温度控制器、无纸记录仪、液位计。
五、实验步骤(1)熟悉传热实验装置及仪表使用，检查设备，做好实验操作准备。
化工原理传热实验步骤及内容
实验四传热实验、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) 学会给热系数测定的实验数据处理方法。
(3) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。
(4) 掌握热电阻测温的方法。
(5) 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径二、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。
图4-1间壁式传加程示意图达到传热稳定时，有Q -—爲)=卿/■沖仏一人.)-%4(丁-為)輛-场血(斥-咖式中：Q —传热量，J / s ;m —热流体的质量流率，kg / sC PI—热流体的比热，J / (kg ? C)；T i —热流体的进口温度，C；T2 —热流体的出口温度，C；m —冷流体的质量流率，kg / s (4-1 )TC p2 —冷流体的比热，J /（kg ? C ）；11 —冷流体的进口温度，C；t2 —冷流体的出口温度，C；2:-1 —热流体与固体壁面的对流传热系数，W / （mC ）; A—热流体侧的对流传热面积，m；"；| —热流体与固体壁面的对数平均温差，C；2:-2 —冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / （mC ）；A—冷流体侧的对流传热面积，m；|f\ —固体壁面与冷流体的对数平均温差，C；K —以传热面积A为基准的总给热系数，W / （m 2C）；—冷热流体的对数平均温差，C；热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算,—［「J（4 - 2）亠4 一5式中：T1 —热流体进口处热流体侧的壁面温度，C；TA2 —热流体出口处热流体侧的壁面温度，C。
固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算,r - ：（4 —3）In切7式中：t wi —冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，C；t W2 —冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，C。
化工原理实验报告(传热)
化工原理实验报告(传热)
实验名称：传热实验
实验目的：掌握传热原理，测定传热系数。
实验原理：传热是指热能从物体的高温区域传递到物体的低温区域的过程。
传热方式
主要有三种，分别是传导、对流和辐射。
传导是指物质内部由高温区传递热量到低温区的过程。
传导的速率与传导材料的种类、厚度、温度差等因素有关。
对流是指由于物流的运动而引起的热量传递过程。
对流的速率与流动速度、流动形式
等因素有关。
辐射是指物体之间通过电磁波传递热量的过程。
辐射的速率与物体温度、表面特性等
因素有关。
实验仪器：传热实验装置、数显恒温槽、数显搅拌器、功率调节器、电热水壶、测温仪、电阻丝、保温材料等。
实验步骤：
1、将传热实验装置放入数显恒温槽内，开启电源，将温度恒定在80℃左右。
2、将试样加热，使其温度达到与恒温槽内温度一致。
3、将试样放入传热实验装置中，开始实验。
4、在实验过程中，保持搅拌器的匀速转动，确保传热速率的稳定。
5、记录实验数据，计算传热系数。
实验结果：
本实验测定的传热系数为：λ=10.2 W/m•K
通过本次实验，我们掌握了传热原理和测定传热系数的方法，同时也了解了传导、对
流和辐射三种传热方式的特点及其影响因素。
实验结果表明，传热系数是物体传热速率的
量化表示，对于不同的物体和温度差，传热系数是不同的，因此在具体实际应用中需要根
据实际情况进行调整。
化工传热实验原理
化工传热实验原理传热是化工过程中常见的一个重要环节，它对于提高化工过程的效率和安全性具有至关重要的作用。
为了更好地理解和应用传热原理，化工传热实验成为了不可或缺的一部分。
本文将介绍化工传热实验的原理和一些常用的实验方法。
一、传热的基本原理传热是指热量从高温区域转移到低温区域的过程。
在化工过程中，常用的传热方式有三种：导热、对流和辐射。
1.1 导热导热是固体物质传热的一种方式，它是通过固体内部或不同固体间的分子振动或电子传递热量的过程。
导热的传热速率与固体的导热系数、温度差和传热距离有关。
1.2 对流对流是液体或气体传热的一种方式，它是通过流体中分子传递热量的过程。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指由密度差引起的上升和下降运动，如热水的循环。
而强制对流是外力（如泵、风扇）的作用引起的流动，如风冷却器中的空气流动。
1.3 辐射辐射是通过电磁波传递热量的一种方式，它可以在真空中传播。
所有物体都会发出热辐射，辐射的传热速率与物体的温度和表面特性有关。
二、化工传热实验方法为了研究和验证传热原理，并评估传热过程的特性，化工传热实验采用了多种方法。
下面将介绍一些常见的化工传热实验方法。
2.1 热传导实验热传导实验用于测量材料的导热性能以及探究传热过程中的热阻和热导。
实验中，通常采用热平衡法或热电偶法来测量热传导系数。
热平衡法通过测量材料两端的温度差来计算导热系数，而热电偶法则通过在材料中插入热电偶进行温度测量，从而计算导热系数。
2.2 对流传热实验对流传热实验用于研究流体的传热特性以及传热系数。
常见的对流传热实验包括采用垂直圆柱体或水平管道来测量流体的对流传热系数。
实验中，通过改变流体的流速、温度差以及材料的几何形状等因素，可以得到不同条件下的传热系数。
2.3 辐射传热实验辐射传热实验用于研究物体的辐射传热特性以及辐射传热率。
常见的辐射传热实验包括黑体辐射实验和灰体辐射实验。
实验中，通过测量物体的辐射率、温度差以及表面属性等因素，可以得到物体的辐射传热系数。
(化工原理实验)传热实验
系统漏热
实验操作误差
实验系统可能存在漏热现象，导致热量损 失，从而影响实验结果的准确性。
实验操作过程中的人为因素，如操作不规 范、记录数据不准确等，也可能引入误差 。
减小误差方法
选择高精度测量设备
使用高精度温度传感器和测量设备，提高温 度测量的准确性。
加强系统保温措施
对实验系统采取良好的保温措施，减少热量 损失，降低漏热对实验结果的影响。
确保实验装置密封良好，防止热量散 失；保持热流体和冷流体的流量稳定， 以获得准确的实验结果。
实验流程
启动加热器，使热流体循环流动；启动冷却 器，使冷流体循环流动；记录热流体和冷流 体的进出口温度；计算传热系数并分析结果 。
02
实验操作与步骤
实验准备工作
熟悉实验装置
了解传热实验装置的结构、 功能和使用方法，包括加 热器、冷却器、温度计、 流量计等。
冷却操作
在加热过程中，适时打开冷却 器对传热介质进行冷却，以控 制实验过程中的温度波动。
数据记录
在实验过程中，定时记录温度 、流量等关键参数的变化情况
。
数据记录与处理
数据整理
将实验过程中记录的数据进行整理， 包括温度、流量等参数的变化曲线和 数值表格。
数据分析
根据整理的数据，分析传热实验过程 中的传热效率、热损失等关键指标。
准备实验材料
根据实验要求准备所需的 传热介质（如水、油等） 和实验样品。
检查实验设备
确保实验设备的完好和正 常运行，如检查加热器的 加热功率、冷却器的冷却 效果等。
实验操作过程
安装实验装置
按照实验要求正确安装传热实验装置 ，包括加热器、冷却器、温度计、流
量计等，确保装置密封良好。
化工原理实验传热实验报告
化工原理实验传热实验报告化工原理实验传热实验报告一、引言传热是化工过程中不可或缺的环节，对于提高反应速率和产品质量具有重要意义。
为了研究传热现象，我们进行了一系列的实验。
本实验旨在通过传热实验，探究传热的基本原理和影响因素，为化工过程的优化提供理论依据。
二、实验目的1. 了解传热的基本原理和传热方式；2. 掌握传热实验的基本方法和技巧；3. 分析传热过程中的影响因素。
三、实验原理1. 传热方式传热主要有三种方式：传导、对流和辐射。
传导是通过物质内部的分子传递热量，对流是通过流体的运动传递热量，辐射是通过电磁波传递热量。
2. 传热方程传热过程可以用传热方程来描述，常见的传热方程有热传导方程、牛顿冷却定律和斯特藩－玻尔兹曼定律。
热传导方程描述了传导过程中的热量传递，牛顿冷却定律描述了对流过程中的热量传递，斯特藩－玻尔兹曼定律描述了辐射过程中的热量传递。
3. 传热系数传热系数是描述传热能力的物理量，它与传热介质的性质和传热过程中的条件有关。
传热系数越大，传热能力越强。
四、实验装置和步骤1. 实验装置本实验采用了传热实验装置，包括传热试验台、传热介质、传热表面、传热源和传热计等。
2. 实验步骤（1）将传热试验台接通电源，使传热源加热。
（2）调节传热介质的流量和温度。
（3）通过传热计测量传热过程中的温度变化。
（4）记录实验数据，并进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析通过实验测得的数据，我们可以计算传热系数和传热速率，进而分析传热过程中的影响因素。
1. 传热系数传热系数与传热介质的性质、传热表面的形状和条件有关。
通过实验数据的处理，我们可以计算得到传热系数，并与理论值进行比较，从而评估传热实验的准确性和可靠性。
2. 传热速率传热速率是描述传热过程中热量传递的快慢程度的物理量。
通过实验数据的处理，我们可以计算得到传热速率，并分析传热过程中的传热效率和能耗。
六、实验总结通过本次传热实验，我们深入了解了传热的基本原理和传热方式，掌握了传热实验的基本方法和技巧。
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雷诺数： Re du
注意：要用内径
2、求Nu所需参数的测定与计算
1 K
1
1
d2 d1
RS1
d2 d1
b
d2 dm
RS 2
1
2
1 1 d2 1
K 1 d1 2
当 2 1 时
1 1 d2
K 1 d1
T≈Tw（℃）
Q KAtm
tm
(T
t)1 (T ln (T t)1
t)2
实验可以开始。 （3）调节空气流量旁路阀的开度，使压差计读数
为所需的空气流量值。若为计算机在线数据采集，则 可直接从屏幕上读取空气流量值。建议从最大流量开 始实验。
旁路全开时，通过传热管的空气流量是最大还是最小？
实验操作要点（3）
（4）稳定5min左右读取压差计读数，以及 t1、 t和2
T值。注意：第1个数据点必须稳定15min。 （5）重复（3）与（4）步骤，共做7个空气流量值实
验（注意：最小、最大流量值一定要做）。 3．实验结束
（1）关闭加热器开关。 （2）过5min后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。 （3）切断总电源。
七、数据处理
1、求Re数所需参数的测定与计算
P
Vt1 23.80 t1
式中：Vt1—— 空气入口温度（即流量计处温度）下
的体积流量，
m3 /h
——p 孔板两端压差，kPa
Nu ARem Prn 中常数A和指数m。
4、比较传热效果，了解工程上强化传热的措施。 5、培养工程观念、动手能力和其它综合素质。
二、实验任务
任务(1)：测定普通管和强化管的传热系数 K、 传热膜系数 以及1 和 Re。 Nu
任务(2): 确定准数关系式 Nu ARem Prn 中常数A和指数m。
5、同组同学应取不同组数据进行处理。否则按计算 雷同扣分。
Nu ARem
1000 100
（强化管）Nu = 0.0663Re0.6999
普通管 强化管
Nu
10 10000.000
（普通管）Nu = 0.0322Re0.7311
化工原理实验
传热实验
传热实验装置
福州大学化工原理实验室
实验三 传热实验
一、实验目的 二、实验任务 三、实验原理 四、设计思路 五、实验流程
六、操作要点 七、数据处理 八、数据处理注意点 九、实验报告要求
一、实验目的
1、加深对传热过程的理解。
2、学习并掌握传热系数 K、传热膜系数 的1测定
方法。 3、学会用最小二乘法或作图法确定准数关系式
Nu C Re m Pr n
注意 定性尺寸
Nu l
努塞尔特 准数，被 决定准数
Re lu
雷诺准数，反映 流体的流动型态 和湍动程度
Pr cp
普兰特准数， 反映与传热有 关的流体物性
实验原理
当流体在圆形直管中作强制湍流时，其定性尺寸为
管径，即
Nu d
Re du
Pr cp
对流传热系数的准数关联式为 Nu C Re m Pr n
1．实验前的准备 （1）向电加热釜加水至液位计上端红线处。 （2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。 （3）检查普通管和强化管的各支路控制阀是否已
按要求打开或关闭。 （4）接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热
器开关，开始加热。
实验操作要点（2）
2．实验开始 （1）加热10min，启动鼓风机。 （2）观察到蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着
——t1 空气入口温度（即流量计处温度）下
的密度，
kg / m3
1、求Re所需参数的测定与计算
流量：
273 t V Vt1 273 t1
式中：V —— 实验条件（管内平均温度）下的空气
体积流量，m3 / h
——t 管内平均温度，℃
—t—1 传热内管空气进口（即流量计）处的
温度，℃
流速：
4V
(T t)2
Q ms2c p2 (t2 t1)
1
K
d2 d1
Nu 1d1
八、数据处理注意点
1、在回归 Nu C Rem Pr n Nu ARem 方程时不
能用下列公式计算 和 Nu （请分析为什么？）
0.023
d
du
0.8
cP
0.4
Nu 0.023Re0.8Pr0.4
2、注意上述两个经验式的应用范围。在进行误差 分析时，通常要求将实验结果与经验式进行比较。请 问能否将强化管的实验结果与上两式进行比较？
数据处理注意点
3、回归方程可以用最小二乘法，也可以用作图法， 如下两页所示（下面的图是以 Nu ARem为例.）
4、计算示例只要以其中一根管的其中一组数据为例 即可。在开始计算之前，要说明“以什么为例”，然后 写出原始数据。每一计算过程都应包括：公式、数据代 入、答案和单位。
三、实验原理
本传热实验装置有两根套管换热器，一根为普 通套管换热器，另一根为内插螺旋线圈的套管换热 器，用水蒸气加热空气，采用计算机数据在线采集 和自动控制系统，可实行自动操作或手动操作。
套管换热器传热示意图如下页所示。
实验原理
不凝性气体排出阀
T2
t2
T1
t1
疏水器
实验原理
影响对流传热的因素很多，很难提出一个普遍的 公式用以计算各种情况下的对流传热系数α。一种解 决方法是用因次分析法。把影响α的因素归纳成几个 准数，以减少变量数，再用实验方法确定这些准数在 不同情况下的经验式，用以计算这些情况下的α。
系数和指数的求解
Nu C Rem Pr n
Nu Pr n
C
Rem
求 C、m
Nu C Rem Pr n
A C Pr n Nu ARem
求 A、m
Nu Pr 0.4
Re
方法一
Nu
Re
方法二
五、实验流程
普通管 强化管
电加热器
旋涡气泵
孔板流量计 旁路调节阀
测量仪表面板示意图
壁面温度
℃
六、实验操作要点（1）
无相变时强制湍流下的对流传热影响因素主要有： 定性长度、流体的流速、粘度、导热系数、比热和密 度。
f ( l ,u, , ,cp , , ) 0
（要求掌握因次分析法,请同学们自己归纳出下页的无因次数群)
实验原理
7个物理量涉及到4个基本因次，因此可以归纳
出3个无因次数群，它们之间数 和m 则需n 由实验加以确定。对于气体，
基本上P不r随温度而变，可视为一常数，因此，上式也
可简化为：
Nu A Re m
四、实验方案设计思路
改变 阀门 开度
t1、t2 p
V
m s2
Q
t1、t2、T
tm
u
K 1
Re du
Nu 1d
1 ? K ? Q ? ms2 ? tm ?