实验五 套管换热器传热实验
套管换热器的总传热系数的测定
2
综合化学实验
序 号
冷水体积流量 转子刻度 流量
(L/min)
安徽师范大学 2007 年度校级精品课程
冷水温度
t 进/℃
t 出/℃
热水温度
T 进/℃
T 出/℃
（2）并流操作
换热器 内管直径φ10×1.5×1200mm,换热管有效长度 1000mm
五、实验操作步骤 1．先向恒温槽加入蒸馏水,并控制一定的水位(大约离槽盖 3~4 厘米即可)； 2．缓慢开启自来水阀,使转子流量计内充满水,并控制一定的上水量； 3．将恒温槽的温度控制在夏天约 80~82℃左右(以保持热水进入热交换器一
端保持在 80℃左右,具体视散热设备而定)； 4．打开电源开关,接通电源,使电加热器及补充加热器加热同时进行,开动搅
序 号
冷水体积流量 转子刻度 流量
(L/min)
冷水温度
t 进/℃
t 出/℃
热水温度
T 进/℃
T 出/℃
2．实验数据整理
（1）逆流操作
有效换热面积_____________
序 冷水质量 t 出－t 进
φ
T 进－t 出 T 出－t 进 △t 均
K
号 流量(kg/s) (℃) (10-3W) (℃)
(℃) (℃) (W·m-2·℃-1
八、实验报告 1．计算不同实验条件下的传热系数 K 值. 2．分析不同实验条件下 K 值不同的原因, 3．通过实验数据分析,提出如何强化传热过程的建议.
3
（2）并流操作
有效换热面积_________T 出－t 进 △t 均
K
号 流量(kg/s) (℃) (10-3W) (℃)
实验五 套管换热器传热实验
实验五 套管换热器传热实验实验学时： 4 实验类型：综合实验要求：必修 一、实验目的通过本实验的学习，使学生了解套管换热器的结构和操作方法，比较简单内管与强化内管的差异。
二、实验内容1、测定空气与水蒸汽经套管换热器间壁传热时的总传热系数。
2、测定空气在圆形光滑管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
3、测定空气在插入螺旋线圈的强化管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
4、通过对本换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法。
三、实验原理、方法和手段两流体间壁传热时的传热速率方程为 m t KA Q ∆= （1）式中，传热速率Q 可由管内、外任一侧流体热焓值的变化来计算，空气流量由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成的空气流量计来测定。
流量大小按下式计算：10012t t PA C V ρ∆⨯⨯⨯=其中：0C —孔板流量计孔流系数，0.65；0A —孔的面积，2m ；（可由孔径计算，孔径m d 0165.00=） P ∆—孔板两端压差，kPa ；1t ρ—空气入口温度（即流量计处温度）下的密度，3/m kg 。
实验条件下的空气流量V （h m /3）需按下式计算：11273273t t V V t ++⨯=其中：t —换热管内平均温度，℃；1t —传热内管空气进口（即流量计处）温度，℃。
测量空气进出套管换热器的温度t ( ℃ )均由铂电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。
管外壁面平均温度W t ( ℃ )由数字温度计测出，热电偶为铜─康铜。
换热器传热面积由实验装置确定，可由（1）式计算总传热系数。
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：),,(d l P R f Nu r e =对于空气，在实验范围内，r P 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 准数的影响很小，故Nu 准数仅为e R 准数的函数，因此上述函数关系一般可以处理成：me R B Nu ⋅=式中，B 和 m 为待定常数。
[精品文档]套管换热器传热系数的测定
![[精品文档]套管换热器传热系数的测定](https://img.taocdn.com/s3/m/3d26ed4e25c52cc58bd6be86.png)
实验六 套管换热器传热系数的测定一、实验目的测定套管换热器中用水蒸汽加热空气的总传热系数并确定传热准数方程式m e u CR N =中的系数C 和指数m 。
二、基本原理⒈根据传热速率方程式，确定总传热系数：m t KA Q ∆=或m t A Q K ∆=式中：Q ——传热速率，W ；K ——总传热系数，W/(m 2·K)； A ——传热面积，m 2；m t ∆——对数平均温差，℃。
⑴传热速率由冷流体带走的热量求出：)(122t t C m Q P S -=式中：m S2——冷流体的质量流量，kg/s ；C P -——冷流体比热，J/(kg ·K)； t 1、t 2——冷流体进出口温度，℃。
⑵对数平均温差可按下式计算：)ln(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆式中：11t T t -=∆，22t T t -=∆T ——蒸汽温度，℃。
⒉气体在圆形直管内流动时传热系数的准数关联式可写成下列函数关系：)Pr,(Re,Gr f Nu =对一定种类的气体来说，在很大的温度和压强范围内Pr 数值实际保持不变，气体在管内强制流动下Gr 也可忽略不计，因此上式可简化为：m e u CR N =本实验目的之一，即学习用实验方法测定空气在圆形直管内作强制流动时的对流传热系数，通过对数据的处理，确定上式中的系数C 和指数m 。
本实验设备不能测定管壁温度，因此不能直接确定空气的传热膜系数，由下式可知：o o im i i id d d bd K αλα++=111当管壁外侧热阻和管壁热阻m id bd λ都很小（αo >>αI ）时，总传热系数K I 与管内冷流体的传热膜系数α可近似相等，即i i K α≈，由此即可确定u N （λαii u d N =）。
三、实验装置实验装置流程如附图所示，空气由 一台小型离心式鼓风机供应，经孔板流量计送入内管，套管环隙空间通入水蒸汽由电热式蒸汽发生器供应。
套管气液传热实验原理及要求
套管换热器操作及传热系数的测定一、实验目的：(1)了解换热器的结构，(2)掌握换热器主要性能指标的标定方法；(3)学会换热器的操作方法。
二、基本原理：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或加热。
这种传热过程系冷、热流体通过固体壁面(传热元件)进行热量交换。
它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子过程所组成。
从间壁式传热设备的应用来讲，是希望知道整个传热过程的传热效率，但从间壁式传热设备的研究来讲，直接研究整个传热过程存在两方面的困难：（1）影响传热过程的参数极多，实验工作量和数据处理量极大；（2）固体壁面两侧冷、热流体类型的组合变化多。
为降低研究的难度，采用过程分解与合成方法进行处理。
将传热过程分解为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子过程，分别将子过程的传热规律研究清楚后，再按一定的规律合成为完整的传热大过程。
在研究传热子过程时，影响传热过程的参数明显减少，减轻了工作量；同时，固体壁面两侧冷、热流体的类型可任意组合，只须按一定的规律合成即可，大大方便了实际应用。
但须注意：采用过程分解与合成方法分解工程实际问题的充要条件是，必须首先充分了解预定各子过程之间的界面情况，以便日后顺利合成各子过程。
研究对流传热分系数是过程分解的结果。
但由于对流传热过程仍十分复杂，影响因素较多，目前尚不能通过解析法得到给热系数的定量关系式。
目前仍须由实验研究来获得各影响因素与对流传热分系数间的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素经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程。
并以此为基础组织实验，经过数据处理得到相应的关系式。
现以不发生相变的流体和与固体壁面间的对流传热为例，其影响因素为：（1） 固体壁面的特征尺寸：l（2） 流体的物理性质：λμρ,,,p c（3） 强制对流的流速：u（4） 产生自然对流的升力，此升力可由T g ∆β表征，故：),,,,,,(T g u c l f p ∆=βλμρα经无因次处理，得：3210a r a r a e u G P R a N = 式中： λαl N u = 为努塞尔（Nusselt ）准数，描述对流传热的大小；μρu l R e = 为雷诺（Reynolds ）准数，描述流体流动的状态；λμp r c P = 为普朗特（Prandtl ）准数，描述流体的物性； 223μρβTl g G r ∆= 为格拉斯霍夫（Grashof ）准数，描述自然对流的运动状态。
实验五：传热实验
化工原理实验报告实验名称：传热系数的测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工09－5班姓名：陈茜茜学号09402010501 同组者姓名：陈俊燕孙彬芳陈益益指导教师：周国权日期：2011年10月20日一、 实验目的1、观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；2、测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数αi ；3、应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 值；4、掌握热电阻测温的方法。
二、 实验原理在套管换热器中，环隙通以水蒸汽，内管管内通以空气，水蒸汽冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下热量衡算关系式（忽略热损失）：()()m W i i m i i p t t S t S K t t C V Q -=∆=-=αρ12由此可得总传热系数空气在管内的对流传热系数（传热膜系数）上式中 Q ：传热速率，w ；V ：空气体积流量（以进口状态计），m 3/s ； ρ： 空气密度（以进口状态计），kg/m 3； C P ：空气平均比热，J/(kg ·℃)；K i ：以内管内表面积计的总传热系数，W/(m 2·℃)； αi ： 空气对内管内壁的对流传热系数，W/(m 2·℃)； t 1、t 2 ：空气进、出口温度，℃；A i ：内管内壁传热面积，m 2； Δt m ：水蒸气与空气间的对数平均温度差，℃；2121ln)()(t T t T t T t T t m -----=∆T ：蒸汽温度（取进、出口温度相同），℃。
(t w －t )m ：空气与内管内壁间的对数平均温度差，℃； 22112211ln )()()(t t tt t t t t t t w w w w m w -----=-t w1、t w2 ：内管内壁上进、出口温度，℃。
对流传热的核心问题是求算传热膜系数，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：Nu i =A ·Re i m ·Pr i n取n=0.4(流体被加热)。
套管式换热器的操作及对流给热系数测定的实验结论
套管式换热器的操作及对流给热系数测定的实验结论套管式换热器是一种常见的换热设备，主要用于液体和气体之间的热量传递。
下面是套管式换热器的操作步骤以及对流给热系数测定的实验结论简述：
操作步骤：
1. 准备工作：将套管式换热器安装在实验台上，并确保连接管道的密封性。
2. 确定试验条件：根据实验需要，选择流体的类型和流量，并调整进出口温度。
3. 记录数据：使用温度计或传感器在进出口处测量流体的温度，记录每个时间点的数据。
4. 测量热流量：使用热流量计仪器或测量设备来测量热量的传递情况。
5. 计算对流给热系数：根据实验数据和相关公式，计算对流给热系数。
对流给热系数测定的实验结论：
根据所测定的实验数据和计算，可以得出套管式换热器的对流给热系数。
这个系数表示了热量通过流体界面的传递效果，数值越大表示传热效果越好。
通过实验结论可以评估套管式换热器的传热性能，优化和改进设计，并比较不同操作条件下的传热效果。
需要注意的是，实验结论的具体内容和意义会根据实验设计和数据分析的方法有所差异。
对于套管式换热器的具体操作和测定对流给
热系数的实验结论，可以参考相关的实验手册、文献或专业资料。
此外，在进行实验前，请确保遵循相关的安全操作规程，并在专业人员的指导下进行操作。
传热综合实验
页脚内容1实验五 传热综合实验一、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i α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 Pr 0.4中常数A 、m 的值。
2.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=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。
二、实验内容1. 测定5～6个不同流速下普通套管换热器的对流传热系数i α，对i α的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
2.测定5～6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数i α，对i α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。
3.同一流量下，按实验1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（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i α的测定对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。
因为i α<<o α ,所以： （W/m 2·℃） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —换热器传热速率，W ；S i —管内换热面积，m 2； mi t ∆—对数平均温差，℃。
()i mi i i i S t Q K ⨯∆=≈/α页脚内容2对数平均温差由下式确定： 式中：t i1，t i2—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，管外为蒸汽冷凝，因此，将壁面平均温度近似视为蒸汽的温度，且保持不变。
传热面积(内)：i i i L d S π= 式中：d i —传热管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
实验五--套管换热器传热实验
实验五--套管换热器传热实验
管式换热器的一种。
套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。
两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。
这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。
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/
（m2·℃）。
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。
③结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数，是单位传热面的金属消耗量大，为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。
④可以根据安装位置任意改变形态，利于安装。
上海求育QY-RG44套管换热器传热实验装置数字型通过实验验证圆形直管内强制对流传热的经验关联式(Dittus-Boelter关联
式）。
测定管外蒸气冷凝给热系数与总传热系数，与管内给热系数比较。
测定螺纹管强化传热系数，与光滑管比较。
观察分析管外蒸气冷凝状况,区別滴状冷凝和膜状冷凝。
冷凝液可循环回收，最大程度得减少蒸汽发生器补充蒸馏水的量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验五 套管换热器传热实验
实验学时： 4 实验类型：综合
实验要求：必修 一、实验目的
通过本实验的学习，使学生了解套管换热器的结构和操作方法，比较简单内管与强化内管的差异。
二、实验内容
1、测定空气与水蒸汽经套管换热器间壁传热时的总传热系数。
2、测定空气在圆形光滑管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
3、测定空气在插入螺旋线圈的强化管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
4、通过对本换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法。
三、实验原理、方法和手段
两流体间壁传热时的传热速率方程为 m t KA Q ∆= （1）
式中，传热速率Q 可由管内、外任一侧流体热焓值的变化来计算，空气流量由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成的空气流量计来测定。
流量大小按下式计算：
1
0012t t P
A C V ρ∆⨯⨯
⨯=
其中：0C —孔板流量计孔流系数，0.65；
0A —孔的面积，2
m ；（可由孔径计算，孔径m d 0165.00=） P ∆—孔板两端压差，kPa ；
1t ρ—空气入口温度（即流量计处温度）下的密度，3/m kg 。
实验条件下的空气流量V （h m /3
）需按下式计算：
1
1273273t t V V t ++⨯
=
其中：t —换热管内平均温度，℃；
1t —传热内管空气进口（即流量计处）温度，℃。
测量空气进出套管换热器的温度t ( ℃ )均由铂电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。
管外壁面平均温度W t ( ℃ )由数字温度计测出，热电偶为铜─康铜。
换热器传热面积由实验装置确定，可由（1）式计算总传热系数。
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：
),
,(d l P R f Nu r e =
对于空气，在实验范围内，r P 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 准数的影响很小，故Nu 准数仅为e R 准数的函数，因此上述函数关系一般可以处理成：
m
e R B Nu ⋅=
式中，B 和 m 为待定常数。
由下式可以计算空气与管壁的对流传热系数： )
(t t A Q W -=
α
式中，t —空气进出口温度的平均值，℃；W t —管外壁面平均温度，℃。
然后计算
λ
αd Nu =
，μ
ρ
du R e =
调节不同的空气流量，可以获得多组Nu —e R 数据。
将数据绘制在双对数坐标中，则函数关系式变为：
B R m Nu e log log log +=
确定该直线的斜率和截距，即可求出待定常数m 和B 的值。
确定空气在强化管内和普通圆形光滑管内换热的对流传热准数关联式的原理和方法相同，不过，在类同条件下待定常数数值不同。
四、实验组织运行要求
集中授课形式
五、实验条件
实验装置见下图
1-液位计； 2-储水罐； 3-排水阀； 4-蒸汽发生器； 5-强化套管蒸汽进口阀； 6-光滑套管蒸汽进口阀； 7-光滑套管换热器； 8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器； 9-光滑套管蒸汽出口； 10-强化套管蒸汽出口； 11-光滑套管空气进口阀； 12-强化套管空气进口阀； 13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀； 15-旋涡气泵； 16-蒸汽冷凝器
以饱和蒸汽为加热介质，加热空气。
饱和蒸汽走套管壳程，空气走管程。
空气由旋涡气泵提供，由孔板流量计计量其流量。
套管规格：内管mm 122⨯Φ；外管mm 5.357⨯Φ；换热长度为1.20m 。
六、实验步骤
1.实验前的准备,检查工作 (1) 向水箱中加水至液位计上端。
(2) 检查空气流量旁路调节阀是否全开。
(3) 检查蒸气管支路各控制阀和空气支路控制阀是否已打开，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，启动电加热器开关，开始加热。
2. 实验开始
(1) 打开加热开关一段时间后,蒸汽发生器内的水经过加热后产生水蒸汽，并经过空气冷却器冷凝后回到储水槽中。
(2) 换热器壳内有水蒸气后，打开旁路调节阀，启动风机，调节阀一般开到最大。
(3) 调节空气流量旁路调节阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路阀全开时,通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)。
(4)稳定3～5分钟左右后，分别测量空气的流量，空气进、出口温度和管壁温度。
(注意：第1个数据点必须稳定足够的时间；温度巡检仪测量的温度1-光滑管空气入口温度；2-光滑管空气出口温度；3-强化管空气入口温度；4-强化管空气出口温度；上-光滑管壁面温度；下-强化管壁面温度)
(5) 重复(3)与(4)共做7～10个空气流量值。
(6) 最小,最大流量值一定要做。
七、思考题
1、本实验装置和操作再哪些地方容易造成结果误差？如何尽量减少误差？
2、蒸汽压力的变化会不会影响实验结果？
3、比较实验所得的对流传热准数关联式与流体在圆形直管中作强制湍流时的经验公式，两者是否矛盾？
4、对比实验所得的线圈管与圆形光滑管内的对流传热准数关联式，可以说明什么问题？
八、实验报告
实验报告应体现预习、实验记录和实验报告
1、实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。
2、实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来。
实验记录中应有指导教师的签名。
附表1：
实验原始数据记录表
套管内管类型：
3、实验总结
主要内容包括对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。
附表2：
数据整理表
套管内管类型：
九、其它说明
1、实验前将加热器内的水要加到指定位置，防止电热器干烧损坏电器。
特别是每次实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
2、加热约10分钟后，可提前启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度比较稳定。
3、必须保证蒸汽上升管线的畅通。
即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。
在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
4、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，然后开启和关闭控制阀。
5、本实验装置加装蒸汽冷凝器，使蒸汽冷凝后重新回到储水箱中，加热电源启动时蒸汽冷凝器用风扇同时启动。
注意电源线的相线,中线不能接错,实验架一定要接地。
实验报告的基本内容及要求
实验报告应体现预习、实验记录和实验报告，要求这三个过程在一个实验报告中完成。
1、实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。
设计性实验要求进入实验室前写出实验方案。
2、实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来。
实验记录中应有指导教师的签名。
3、实验总结
主要内容包括对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。
附表：实验报告格式
注：若报告内容过多，表格可自行增加。
化工原理课程实验报告
学院：专业：班级：。