实验三 传热系数K和给热系数α的测定
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。
不同温度下的三管传热实验报告
不同温度下的三管传热实验报告一、实验目的1、研究传热试验设备上三种管的传热系数K。
2、研究设备的结构特点以及实验数据，定量描述保温管、裸管、汽水套管的传热特性。
3、研究流量改变对总传热系数的影响，并分析哪一侧流体流量是控制性热阻，如何强化传热过程。
二、实验原理根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q，以及各有关的温度，即可算出K，α 和λ。
（1）测定汽-水套管的传热系数K（W /(m2·℃)）：Q=KAΔt m式中：A——传热面积，m2；Δt m——冷、热流体的平均温度，℃；Q——传热速率，W 。
Q =W汽r式中：W汽——冷凝液流量，kg/s ；r——冷凝液汽化潜热，J / kg 。
（2）测定裸管的自然对流给热系数α（W /(m2·℃)）：Q=α A（t w - t f）式中：t w，t f——壁温和空气温度，℃。
（3）测定保温材料的导热系数λ（W /(m·℃)）：Q=λA m（T w - t w）/ b式中：Tw，tw ——保温层两侧的温度，℃；b——保温层的厚度，m；Am ——保温层内外壁的平均面积，m2。
三、实验装置与流程（1）实验装置：该装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。
这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。
本实验采用水蒸汽冷凝的方法，将水蒸气分别通过保温管、裸管和套管换热器中冷凝传热，通过测量蒸汽冷凝量、壁温、水温及空气的温度等参数，推算出保温管的导热系数、裸管和套管的对流传热系数。
（2）实验流程：锅炉内加热产生的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液有计量管或量筒收集，以测冷凝液速率。
三根紫铜管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管；还有一根为一套管式换热器，管外是来自高位槽的冷却水。
可定性观察到三个设备冷凝速率的差异，并测定K、α 和λ。
传热实验实验报告
传热实验实验报告一、实验目的1、研究传热试验设备上三种管的传热系数K。
2、研究设备的结构特点以及实验数据，定量描述保温管、裸管、汽水套管的传热特性。
3、研究流量改变对总传热系数的影响，并分析哪一侧流体流量是控制性热阻，如何强化传热过程。
二、实验原理根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q，以及各有关的温度，即可算出K，α 和λ。
（1）测定汽-水套管的传热系数K（W /(m2·℃)）：Q=KAΔt m式中：A——传热面积，m2；Δt m——冷、热流体的平均温度，℃；Q——传热速率，W 。
Q =W汽r式中：W汽——冷凝液流量，kg/s ；r——冷凝液汽化潜热，J / kg 。
（2）测定裸管的自然对流给热系数α（W /(m2·℃)）：Q=α A（t w - t f）式中：t w，t f——壁温和空气温度，℃。
（3）测定保温材料的导热系数λ（W /(m·℃)）：Q=λA m（T w - t w）/ b式中：Tw，tw ——保温层两侧的温度，℃；b——保温层的厚度，m；Am ——保温层内外壁的平均面积，m2。
三、实验装置与流程（1）实验装置：该装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。
这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。
本实验采用水蒸汽冷凝的方法，将水蒸气分别通过保温管、裸管和套管换热器中冷凝传热，通过测量蒸汽冷凝量、壁温、水温及空气的温度等参数，推算出保温管的导热系数、裸管和套管的对流传热系数。
（2）实验流程：锅炉内加热产生的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液有计量管或量筒收集，以测冷凝液速率。
三根紫铜管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管；还有一根为一套管式换热器，管外是来自高位槽的冷却水。
可定性观察到三个设备冷凝速率的差异，并测定K、α 和λ。
江苏大学化工原理实验三传热实验
实验三 传热实验一、实验目的1. 了解换热器的结构和用途。
2. 学习换热器的操作方式。
3. 了解传热系数的测定方式。
4. 测定所给换热器的传热系数K 。
5. 学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热进程，并实验之。
二、 实验原理依照传热方程m t KA Q ∆=，只要测得传热速度Q 、有关各温度和传热面积，即可算出传热系数K 。
在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管式换热器来测定K ，只要测出空气的进出口温度、自来水的进出口温度和水和空气的流量即可。
在工作进程中，如不考虑热量损失，那么加热空气放出的热量Q 1与自来水取得热量Q 2应相等，但事实上因热量损失的存在，此两热量不等，实验中以Q 2为准。
三、 实验流程四、实验步骤1.在实验开始时，先打开冷水阀，并调剂冷流体流量；2.打开总电源开关；3.开启鼓风机，并调剂空气流量；4.打开加热器；5.待系统稳固后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出口温度，记录设备有关参数，重复一次；6.维持空气流量不变，改变水的流量，重复步骤5；7.维持第6步水的流量不变，改变空气的流量，重复步骤5；8.实验终止后，先关闭加热器，等空气温度接近室温，再关闭风机和冷水阀。
五、 实验数据1.有关常数 换热面积：2.实验数据记录表六、 实验数据记录和整理以序号2为例：查相关数据可知：℃水的密度348.998m kg=ρ20℃水的比热容()C kg kJ C p 。
⋅=183.4空气流量：smQ 30044.0360016==气水流量：skgQ W 033.03600/48.998101203-=⨯⨯=⋅=ρ水水水的算数平均温度：C t t t 。
出进平均65.1925.208.182=+=+=水的比热：kgJ t c C p 0.8219665.1910183.43=⨯⨯=⋅=传热速度：sJ W C Q 70.2735033.00.82196=⨯=⋅=对数平均温差：()()()()C t t t t t m 。
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 。
实验三 传热系数K和给热系数α的测定
实验三 传热系数K 和给热系数α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。
列管换热器是一种间壁式的传热装置。
冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成，其所涉及的热量衡算为：1212()()()()h h w c c w mw w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ=-=-=-=- 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T tQ A A A KA δαλα----==== 1h h m c cK A A A A A A δαλα=++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 ：π=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：12(,)K f αα≈分别对α1、α2进行研究：1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ=无因次处理得：0(,)Re Pr p b c c d du f Nu a μαρλμλ=→= 1）传热系数K 的实验测定热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式：m Q KA t =∆ 其中：12211221()()lnm T t T t t T t T t ---∆=--两式联立，得：21()c c pc mq c t t K A t ρ-=∆2）给热系数α的实验测定热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式： c mc Q A t α=∆ 其中：2121()()lnw w mc w w t t t t t t t t t ---∆=--下上上下两式联立，得：21()c c pc c mcq c t t A t ρα-=∆三、实验装置及流程图本实验选用空气作为冷流体 华理是冷却水，水蒸汽作为热流体。
传热实验实验报告手册
一、实验目的1. 了解传热的基本原理和传热方式；2. 掌握传热实验装置的结构和操作方法；3. 学习传热系数的测定方法；4. 分析实验数据，得出实验结论。
二、实验原理传热是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
传热方式主要有三种：传导、对流和辐射。
本实验主要研究传导和对流两种传热方式。
1. 传导传热：热量通过物体内部微观粒子之间的相互作用传递。
传导传热系数K与材料的热导率λ、传热面积A和传热平均温差tm成正比，与传热距离L成反比，即K = λA/tm/L。
2. 对流传热：热量通过流体运动传递。
对流传热系数K与流体运动速度、流体性质和传热面积A成正比，与传热平均温差tm成反比，即K = (uλ)/tm，其中u为流体运动速度，λ为流体的热导率。
三、实验装置1. 套管换热器：由内外两根管子组成，内管为热流体，外管为冷流体。
热流体通过内管与外管之间的空间进行传热。
2. 温度计：用于测量热流体和冷流体的进出口温度。
3. 计时器：用于测量传热时间。
4. 水泵：用于循环冷却水。
四、实验步骤1. 将套管换热器连接好，检查系统是否漏气。
2. 打开水泵，调节流量，使冷却水循环。
3. 打开热流体，调节流量，使热流体通过内管。
4. 使用温度计测量热流体和冷流体的进出口温度。
5. 记录实验数据，包括热流体和冷流体的进出口温度、传热时间等。
6. 根据实验数据，计算传热系数K。
五、实验数据处理1. 计算传热平均温差tm：tm = (t1 - t2)/2，其中t1为热流体进出口温度的平均值，t2为冷流体进出口温度的平均值。
2. 计算传热速率Q：Q = mCpΔt，其中m为热流体质量流量，Cp为热流体比热容，Δt为热流体温度变化。
3. 计算传热系数K：K = Q/(tmA)，其中A为传热面积。
六、实验结果与分析1. 分析实验数据，判断传热系数K是否符合理论值。
2. 分析实验误差，找出误差来源，并提出改进措施。
3. 对比不同传热方式下的传热系数，分析其优缺点。
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。
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实验三 传热系数K 和给热系数α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：
1212()
()()()h h w c c w m
w w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ
=-=-=-=
- 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T t
Q A A A KA
δαλα----=
=== 1
h h m c c
K A A A A A A δαλα=
++
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 ：π=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：
12(,)K f αα≈
分别对α1、α2进行研究：
1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ=
无因次处理得：
0(,)Re Pr p b c c d du f Nu a μ
αρλμλ
=→= 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：
21()c c pc Q q c t t ρ=-
传热速率式：
m Q KA t =∆
其中：
12211221
()()
ln
m T t T t t T t T t ---∆=
--
两式联立，得：
21()
c c pc m
q c t t K A t ρ-=
∆
2）给热系数α的实验测定 热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式：
21()c c pc Q q c t t ρ=-
传热速率式：
c mc Q A t α=∆
其中：
2121
()()
ln
w w mc w w t t t t t t t t t ---∆=
--下上上下
两式联立，得：
21()
c c pc c mc
q c t t A t ρα-=
∆
三、实验组织方法
qc----空气流量计1个；
t1、 t2 -----冷流体进、出口温度计2个；
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 外= 19mm ；δ= 1.5 mm ； L= 1.3m
2） 数据计算过程 1. 定性温度 12
2
m t t t +=
，查《化工原理》附录干空气的物理化学性质，内插法求空气平均ρ，Cp ，λ，μ； 2) 换热器流通面积： A 流通=πd 内径2 /4 A 换热=πd 内径l 3) 空气流量、流速 流速：u=q/A 4) 传热量
21()c c pc Q q c t t ρ=-
5) 总传热系数的计算 21()
c c pc m
q c t t K A t ρ-=
∆，A 为换热面积；
其中：12211221
()()
ln
m T t T t t T t T t ---∆=
--
6) 给热系数α的计算
21()
c c pc c mc
q c t t A t ρα-=
∆，A 为换热面积；
其中：2121
()()
ln
w w mc w w t t t t t t t t t ---∆=
--下上上下
7）准数值
Re
d uρ
μ
⨯⨯
=；Pr p
cμ
λ
=；
d
Nu
α
λ
=
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
0Re Pr
b c
Nu a
=中的常数a0、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？。