实验三传热系数K和给热系数α的测定解答
化工原理传热膜系数测定实验报告
化工原理传热膜系数测定实验报告SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#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班姓名：张玮航学号： 32 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=）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。
传热综合实验实验报告
传热综合实验一、实验目的：1、 掌握传热系数K 、传热膜系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；2、 掌握用最小二乘法确定关联式me AR Nu =中常熟A 、指数m 的值；3、 通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施；4、 掌握孔板流量计的原理；5、 掌握测温热电偶的使用方法。
二、实验原理（一）无量纲准则数对流传热准数关联式是无量纲准则数之间的方程，主要是有关Nu 、Re 、Pr 等数据组的关系。
雷诺准数μρdu =Re努赛尔特准数λαdNu =普兰特准数λμP C =Pr式中：d ——换热器内管内劲，m ；α——空气传热膜系数，W ·m -2·℃； ρ——空气密度,kg ·m -3；λ——空气的传热系数,W ·m -1·℃；p C ——空气定压比热，J ·kg -1·℃；μ——空气的动力粘度，Pa ·S 。
实验中用改变空气的流量来改变准数Re 之值。
根据定性温度计算对应的Pr 准数值。
同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值，进而算得Nu 准数值。
（二）对流传热准数关联式对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成：nm C Nu Pr Re =系数C 、指数m 和n 则需由实验加以确定。
通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温，根据所测的数据，经过差物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法（最小二乘法）确定关联式me AR Nu =中常数A 、m 的值。
（三）线性回归用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和vPr 分别回归。
为了便于掌握这类方程的关联方法，可去n=0.4。
这样就简化成单变量方程。
两边取对数，得到直线方程Re lg lg Prlg4.0m C Nu+= 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。
传热系数的测定
12211221()()ln m T t T t t T t T t ---=--t m Q KA =12=2Q Q Q +12Q Q ==0Q 损22221()s p Q m C t t =-11112()s p Q m C T T =-一、实验目的1.了解换热器的结构，学会换热器的操作方法；2.测定换热器总的换热系数。
二、实验原理获得传热系数的途径：一是实验测定，二是用传热器的对流传热系数计算。
热量衡算方程式:理想状态下 ，则 ，取 ,A=n2πrlK —传热系数 Q —单位时间内冷热流体之间的热交换量，KJ/s(KW) ms1，ms2—热、冷流体的质量流量Kg/sCp1,Cp2—热、冷流体的定压热容KJ/Kg.KT1,T2—热流体进出口温度Kt1,t2—冷流体进出口温度Kn —列管根数三：实验步骤1、打开阀门，给热水槽和冷水槽注水；并加热热水槽中的水；2、关闭转子流量计的进口阀门，大家旁路阀门，然后开启水泵；3、保持冷流体流量不变，改变热流体流量，测五组数据；然后保持热流体流量不变，改变冷流体流量，测五组数据。
4、实验结束，关闭冷热流体阀门。
四：实验数据 换热器：列管长L=0.7m 列管根数n=12根，双管程单壳程，直径d=22mm 序号 热流体 冷流体流量L/h 进口温度T1 出口温度T2 流量L/h进口温度t1 出口温度t2 1 550 38.6 34.5 650 23.4 25.4 2 800 38.7 35.4 650 24.2 26.3 3 1000 38.8 35.8 650 25.0 27.1 4 1300 38.5 36.1 650 25.9 28.5 5 1500 38.4 36.3 650 26.7 29.0 6 1000 38.5 35.8 800 27.8 29.7 7 1000 38.5 35.8 1050 28.3 30.0 8 1000 38.5 35.7 1200 28.7 30.3 9 1000 38.5 35.8 750 26.6 30.210 1000 38.4 35.4 1500 25.2 27.4五、数据处理根据第一组数据计算传热系数K ：1、求对数平均温差4.12211=-=∆t T t 2.11122=-=∆t T t ，因为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<=∆∆211.121t t 故对数平均温差8.11221=∆+∆=∆t t t m 。
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 。
传热系数测定的实验
传热系数测定的实验（水蒸气-空气体系）一.实验目的1.了解管套式换热器的结构2.观察水蒸气在水平换热管外壁上的冷凝现象，判断冷凝类型3.测定水蒸气—空气在换热器中的总传热系数K和对流给热系数a，加深对其概念和影响因素的理解。
4.学习线性回归法确定关联式Nu=ARe m pr0.4中常数A，m的值5.掌握热电偶测量温度的原理和方法二.实验原理1.总传热系数的测定在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管通冷空气，水蒸气冷凝放出热量加热空气。
当冷热液体在换热器内进行稳定传热时，该换热器同时满足热量衡算和传热速率方程，若忽略热损失，公式如下：Q=KAΔt m=q m c p(t2-t1)三．实验内容1.衡量水蒸气-空气通过换热器的总传热系数K对实验数据进行线性回归，求出准数方程Nu=ARe m pr0.4中的常数A，M的值2.通过计算分析影响总传热系数的因素四.实验装置来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水通过管道排入地沟，冷空气经转自流量计进入套管换热器内管热交换后装置。
实验流程如图：五．实验步骤1.检查蒸汽发生器的仪表和水位是否正常。
2.打开换热器的总电源开关，打开仪表电源开关，观察仪器读数是否正常。
3.当蒸汽压稳定后，排除蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水，防止夹带冷凝水的蒸汽损坏压力表及压力变送器。
4.打开换热器内的不凝性气体排除阀。
5.刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸气进口阀的开度，让蒸气徐徐流入换热器中，逐渐加热，由冷态转变为热态，不得少于10MIN。
6.恒定空气流量，改变蒸气压，测量4组实验数据。
改变客气流量，恒定蒸汽压，测量4组数据7.实验完毕，清理实验场地。
传热系数测定的实验（水-热空气体系）一.实验目的1.了解列管式换热器的结构。
2.测定水-热空气在换热器中的总传热系数K和对流给热系数α加深对其概念影响因素的理解。
3.学习线性回归法确定关联式Nu=ARe m pr0.4中常数A，m的值4.掌握热电偶测量温度的原理和方法二．实验原理在列管式换热器中，壳程通冷水，管程通热空气，热空气冷却放热加热水。
传热学实验三-对流传热实验2
传热学实验三-对流传热实验2实验三对流传热实验一、实验目的⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1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=ARemPr0.4中常数A、m的值。
⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—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，了解强化传热的基本理论和基本方式。
二、实验装置本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。
空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。
管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。
饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。
该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。
表1实验装置结构参数实验内管内径di（mm）16.00实验内管外径do（mm）17.92实验外管内径Di（mm）50实验外管外径Do（mm）52.5总管长（紫铜内管）L（m）1.30测量段长度l（m）1.10蒸汽温度空气出口温度空气入口温度蒸汽压力空气压力孔板流量计测量空气流量图1空气-水蒸气传热综合实验装置流程图1—光滑套管换热器；2—螺纹管的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；4—旋涡气泵；5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀；12、13—蒸汽放空口；15—放水口；14—液位计；16—加水口；三、实验内容1、光滑管①测定6～8个不同流速下光滑管换热器的对流传热系数α1。
②对α1的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARem中常数A、m的值。
2、波纹管①测定6～8个不同流速下波纹管换热器的对流传热系数α1。
实验三+蒸汽─空气对流传热传热系数的测定
实验三 蒸汽─空气对流传热传热系数的测定一、实验目的1． 测定套管式换热器的总传热系数K ；2． 测定圆形直管内传热膜系数α，并学会用实验方法将流体在管内对流及强制对流 时的实验数据整理成包括传热膜系数α的准数方程式；3． 了解并掌握热电偶和电位差计的使用及其温度测量。
二、基本原理1．测定传热系数K根据传热速率方程式：m T KA ∆=φ （1）mT A K ∆=φ（2）式中： φ传热速率，W ； K 总传热系数，W/(m 2·℃)；A 传热面积； m T ∆两流体的平均温度差。
实验时，若能测定或确定φ、A 和，则可测定K 。
m T ∆⑴ 实验是测定蒸汽加热空气时的对流传热总传热系数，其中蒸汽通加套管环隙加热内管的空气，具体的流程如下：在不考虑热损失的条件下，有)(122211T T c q r q p −==m m φ （3）式中： q m1— 蒸汽冷凝液的质量，kg/s ； r 1 — 蒸汽冷凝潜热，J/kg ；q m2— 空气的质量流量，kg/s ； c p2 — 空气的定压比热，J/(kg ·K)；T 1、T 2— 空气的进出口温度，℃； T W1、T W2— 内管外壁温度与内壁温度，℃。
实验中传热速率φ按空气的吸热速率计算。
其中空气的质量流量由孔板流量计测量其 体积流量后转化为质量流量。
即：q m =t ρq V （4）式中：t ρ—为空气进出口平均温度下的密度，kg/m 3。
q V — 为空气的体积流量，m 3/s 。
本实验中，空气的体积流量由孔板流量计测量并通过压力传感器将其差压数字在显示仪表上显示出。
20℃ 下空气流量由公式（5）计算。
6203.000)(p C q t ∆×=V （5）其中， — 20℃ 下的体积流量，m 0t q V 3/h ；C 0— 孔板流量系数，本实验装置中其值为22.696。
p ∆—孔板两端压差，kPa 。
则实验条件下的空气流量q V (m 3/h)则需按下式计算：2732730t Tq q t t ++×=V V式中：t q V —实验条件（管内平均温度）下的空气流量，m 3/h 。
- 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)。
实验三传热系数K和给热系数a的测定
一、实验目的
1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法；
2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；
3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验原理
在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。
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。
在热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传
热过程中，所涉及的热量衡算为：
Q =KA(T -t)
Q = ：h A h 仃-
t wi)
Q = ： c A c(t w2 一t)
■'"Am
(t wi 72)
T - t w1 ：h A h t w1 ~ tw2 _ tw2 - t
L
A m : c A c
T -t
KA
K 二
K A、A
:h A h A m : c A c
在所考虑的这个传热过程忠, 所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法：n =13-4=9个无因次数群。
该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程。
即:
K f (：1」2)
分别对a 1 a2进行研究：
>1 = f (d1, U1, :1，丄1, C p1, ■ 1)
无因次处理得:
c III
丄)> Nu 二 a 0 Re b Pr c
1) 传热系数K 的实验测定
热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式：
Q - q c :
' c c
pc (t
2 - t
1 )
传热速率式：
Q = KA 心
其中：
(T | 九)-仃2 7)
三、实验组织方法
qc----空气流量计1个；
ti 、 t2 -----冷流体进、出口温度计
2个;
In
T 1 “2
T 2 —ti
两式联立，得：
I,
q c PcCpc (t 2 - ti)
K =
AAt m
2) 给热系数a 的实验测定 热量
衡算式和传热速率方程式 热量衡算式:
Q = q c " c C pc (t 2 _ t i )
传热速率式:
其中:
mc
(t w 上 ~t 2)- (t w 下■ t i )
ln^ h t w 下
_t i
两式联立，得:
q c'c C pc (t 2 -t i )
A %
T-----水蒸汽温度计1个;
tw上、tw下上壁温、下壁温温度计2个；
P ---装1个压力表；
配上套管换热器、蒸汽发生炉、疏水器、阀门管路、凉水塔系统组成如下实验装置。
1）实验流程
2）实验步骤
1. 先开蒸汽发生炉，待上壁温开始升温后，开空气输送开关，调节转子流量计为22；
2. 打开不凝性气体放气阀，“开-关”重复2次；
3. 整个实验操作控制蒸汽压力恒定在0.04Mpa以下某一刻度，改变唯一操作变量即空气转
子流量计阀门开度，达到改变流速的目的；
4. 实验布点采用小流量和打流量分别布点集中原则，因为是直线原因；
5•待冷流体出口温度显示值保持5min以上不变时方可同时采集实验数据；
6.实验结束时，先关蒸汽进口调节阀，保持空气继续流动10min，以足够冷却壁温，保护热电偶接触正常。
四、数据处理
1)原始数据记录
装置号： d 夕卜=19mm ; S = 1.5 mm ; L= 1.3m
序号
蒸汽压力 Mpa
蒸汽温度 C
空气流量 m 3/h
空气进口 C
空气出口 C
下端壁温
C
上端壁温
C
1
2
3
4
5
6
2)数据计算过程
1 +t 2
1.定性温度t m 1
2
，查《化工原理》附录干空气的物理化学性质，内插法求空气平
2
均P , Cp ,入，卩；
2) 换热器流通面积：
2
A 流通=n d 内径 /4 A 换热=n d 内径I 3) 空气流量、流速 流速：u=q/A
4)
传热量
Q =qc 'c C pc (t 2 7)
5)
总传热系数的计算
K 二 qc cCpc(t2 7), A 为换热面积；
Mt m
其中：
■■ t
(T 1
- t 2 ) - (T
2 - t 1)
In"
T 2 _t 1
6) 给热系数a 的计算
7) 准数值
%曲2 W , A 为换热面积;
A %
其中:
'：t
mc
(t w
上一 t ?
) - (t w 下一 t 1)
t W
下 _ t 1
利用实验数据求出准数值，再进行曲线拟合（注意：取全部小组的数据点，不是一两个同学的数据点！）的基础上求出Nu二a°Re b Pr c中的常数a。
、b（c=0.4 ）。
五、思考题
1.何为因次分析法？
2 .影响对流传热系数的主要因素有哪些?
3. 如何强化空气方的传热系数？
4. 该实验过程传热的阻力主要在那里？。