换热器的操作和总传热系数的测定
总传热系数的测定
总传热系数的测定一、实验目的1.了解换热器的结构，掌握换热器的操作方法。
2.掌握换热器总传热系数K 的测定方法。
3.了解流体的流量和流向不同对总传热系数的影响二、基本原理在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定的热量以满足工艺要求。
换热器性能指标之一是传热系数K 。
通过对这一指标的实际测定，可对换热器操作、选用、及改进提供依据。
传热系数K 值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式联立求解。
传热速率方程式：Q =kS ∆t m（1）通过换热器所传递的热量可由热量恒算式计算，即Q =W h C ph （T 1－T 2）=W c C pc （t 2－t 1）＋Q 损（2） 若实验设备保温良好，Q 损可忽略不计，所以Q =W h C ph （T 1－T 2）=W c C pc （t 2－t 1） （3） 式中，Q 为单位时间的传热量，W ；K 为总传热系数，W/(m 2·℃)；∆t m 为传热对数平均温度差，℃；S 为传热面积（这里基于外表面积），m 2；W h ,W c 为热、冷流体的质量流量，kg/s ；C ph ,C pc 为热、冷流体的平均定压比热，J/(kg ·℃)；T 1,T 2为热流体的进出口温度，℃；t 1,t 2为冷流体的进出口温度，℃。
∆tm 为换热器两端温度差的对数平均值，即1212ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆（4） 当212≤∆∆t t 时，可以用算术平均温度差(212t t ∆+∆)代替对数平均温度差。
由上式所计算出口的传热系数K 为测量值K 测。
传热系数的计算值K 计可用下式进行计算：∑+++=S i R K λδαα1110计 （5）式中，α0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；αi 为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；δ为管壁厚度，m ；λ——管壁的导热系数，W/(m 2·℃)；R S 为污垢热阻，m 2·℃/W 。
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。
不同换热器的操作及传热系数的测定思考题
1. 引言换热器作为化工设备中常见的一种，其操作和传热系数的测定对于实际生产具有重要意义。
换热器的种类繁多，不同的操作方式和结构特点对于传热性能有着直接影响。
本文将针对不同换热器的操作以及传热系数的测定进行深入探讨，旨在帮助读者更全面地理解换热器的工作原理及其实际应用价值。
2. 不同换热器的操作2.1 管壳式换热器管壳式换热器是常见的一种换热设备，其操作方式较为灵活多样。
在实际应用中，可以根据不同的介质流动情况和传热需求，采用单相流、多相流或者混合流的操作方式。
管壳式换热器还可以通过改变进出口介质的温度和流速来实现不同的传热效果，从而满足工艺生产的需要。
2.2 板式换热器板式换热器的操作相对简单，通常采用平行流或逆流的方式进行传热。
其特点是传热效率高、占地面积小，适用于要求高效率换热的场合。
在实际操作中，可以通过控制板片的数量和间距来调节传热效果，以满足不同工艺条件下的换热需求。
2.3 螺旋板式换热器螺旋板式换热器是一种结构复杂、传热效果良好的换热设备。
其操作方式多样，可以根据具体的介质性质和工艺要求来选择不同的传热方案。
螺旋板式换热器还可以通过调节螺旋板的角度和间距来改变流体的流动路径，从而实现更高效的传热效果。
3. 传热系数的测定3.1 热工学方法传热系数是反映换热器传热性能的重要参数，其测定方法多种多样。
其中，热工学方法是比较常用的一种，通过测量流体的温度、压力和流速等参数，结合换热器的结构特点和换热介质的性质，可以较为准确地计算出传热系数的数值。
3.2 实验方法除了热工学方法外，实验方法也是传热系数测定常用的手段之一。
在实际操作中，可以利用换热器试验台或者实验室设备，通过控制流体的温度、压力和流速等参数，结合换热器的结构特点和试验介质的性质，进行传热系数的实际测定。
4. 个人观点和理解通过对不同换热器的操作和传热系数测定方法的探讨，我对换热器的工作原理和实际应用有了更深入的理解。
在实际生产中，根据工艺条件和介质特性选择合适的换热器操作方式和传热系数测定方法，可以更好地发挥换热器的效果，提高生产效率和产品质量。
传热实验(实验报告)
实验五 传热实验一、 实验目的1. 了解换热器的结构及用途。
2. 学习换热器的操作方法。
3. 了解传热系数的测定方法。
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过程，并实验之。
二、 实验原理根据传热方程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以及水和空气的流量即可。
在工作过程中，如不考虑热量损失，则加热空气放出的热量Q 1与自来水得到热量Q 2应相等，但实际上因热量损失的存在，此两热量不等，实验中以Q 2为准。
三、 实验流程及设备四、 实验步骤及操作要领1.开启冷水进口阀、气源开关，并将空气流量调至合适位置，然后开启空气加热电源开关2.当空气进口温度达到某值（加120℃）并稳定后，改变空气流量，测定不同换热条件下的传热系数；3.试验结束后，先关闭电加热器开关。
待空气进口温度接近室温后，关闭空气和冷水的流量阀，最后关闭气源开关；五、 实验数据1.有关常数换热面积：0.4m 22.实验数据记录表以序号1为例：查相关数据可知：18.8℃水的密度348.998m kg=ρ20℃水的比热容()C kg kJ C p 。
⋅=185.4空气流量：s m Q 3004.0360016==气 水流量：s kg Q W 022.03600/48.99810803-=⨯⨯=⋅=ρ水水 水的算数平均温度：C t t t 。
出入平均3.212246.182=+=+=传热速率：s J Q t t W C p 437.5016.18-24022.0418512=⨯⨯=-⋅=）（）（水()()()()℃查图得：对数平均温度：逆△△。
△022.3699.0386.3699.09.146.18245.291.110-06.06.181.1106.1824386.366.185.29241.110ln 6.185.29241.110ln 122111122121=⨯====--=-==--=--==-----=∆∆∆-∆=∆∆t t t t T T tT t t t t t t m t m t m R P C t ϕϕ 传热系数：K m W t S Q K m 2801.34022.364.0437.501=⨯=∆⋅=六、 实验结果及讨论1.求出换热器在不同操作条件下的传热系数。
换热器的操作和传热系数的测定
换热器的操作和传热系数的测定一、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中换热器是一种经常使用的换热设备。
它是由许多个传热元件（如列管换热器的管束）组成。
冷、热流体借助于换热器中的传热元件进行热量交换而达到加热或冷却任务。
由于传热元件的结构形式繁多，由此构成的各种换热器之间的性能差异颇大。
为了合理的选用或设计换热器，对它们的性能应该要充分的了解。
除了文献资料外，实验测定换热器的性能是重要途径之一。
换热器是一种节能设备，它既能回收热能，又需消耗机械能。
因此，度量一个换热器性能好坏的标准是换热器的传热系数K和流体通过换热器的阻力损失Δp。
前者反映了回收热量的能力，后者是消耗机械能的标志。
因此，在组织换热器的性能测定时，需要安排上述两方面的内容。
（1）传热系数K对于不变相的液-液换热系统，由热量衡算可知：Qℎ=Q c+Q损(4-43)Qℎ=Gℎc pℎ(T进−T出)(4-44)Q c=G c c pℎ(t出−t进)(4-45)若实验装置保温良好，Q损可忽略不计，则Qℎ=Q c=Q(4-46) 由于实验过程中存在随机误差，一般情况下式4-46并不成立、换热器的传热量为Q=Qℎ+Q c2(4-47) 换热器的操作优劣以操作平衡度η度量，即η=Q−QℎQ×100(4-48) 由传热速率方程式知：Q=KA∆t m(4-49)式中：∆t m =ε∆t ∙∆t m 逆，∆t m 逆=T 进−t 出 − T 出−t 进lnT进−t 出T出−t进(4-50)K 为以冷流体侧的传热面为基准的传热系数K =11αc +δλA c A m +A c αℎA ℎ(4-51)或K =f (G e ,G ℎ)(4-52)符号说明：K 传热系数α流体的给热系数 A 换热器的传热面积 G 流体的质量流量 c p 流体的恒压热容 T 热流体温度 t 冷流体温度 ∆t 传热温度差ε∆t 传热平均温差的修正系数，全逆流时ε∆t =1。
换热器传热系数测定
强化内管内插物(螺旋线圈）尺寸
丝径h(mm)
1
截距H(mm）
40
加热釜
操作电压
≤200V
操作电流
≤10A
3页
（三）、空气流量测量
空气流量测量由孔板流量计测量，由以下公式计算：
（m3/h） （5 12）
（m3/h） （5 13）
（m3/h） （5 14）
式中，V—空气实际流量，m3/h； Vt1—入口温度下的空气体积流量，m3/h；
化工实验报告
姓名：学号：报告成绩：
课程名称
化工原理实验
实验名称
换热器传热系数的测定实验
班级名称
组 长
同组者
指导教师
实验日期
教师对报告的校正意见
一、 实验目的
1、了解传气—汽对流热的基本理论，掌握套管换热器的操作方法。
2、掌握对流传热系数 α i 测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
3、应用线性回归分析方法，确定关联式 中常数 A、m 的值。
（5 11）
式中S0-传热管外表面传热面积，m2。因为本实验中αi<<α0(αi、α0分别为管内，外壁传热系数)，故传热管内的对流传热系数αi≈冷热流体间的总传热系数K0。
4、实验装置
(一）实验装置流程图
（2）设备参数
实验内管内径d1(mm)
实验内管外径d2(mm)
实验外管内径D1(mm)
实验外管外径D2(mm)
4、接通电源总开关，设定加热电压185V，启动电加热器开关，开始加热。
（二）实验过程
1、一段时间后水沸腾，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。
2、约加热10ming后，可提前启动鼓风机，保证开始时空气入口温度t1比较稳定。
传热实验(化工原理实验)
传热实验一、实验目的1、熟悉套管换热器、列管换热器的结构及操作方法；2、通过对套管换热器空气-水蒸汽传热性能的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法；3、确定套管传热管强化前后内管中空气的强制湍流换热关联式，并比较强化传热前后的效果；4、通过对列管换热器传热性能实验研究，掌握总传热系数K 的测定方法，并对变换面积前后换热性能进行比较。
二、实验原理1、普通套管换热器传热系数测定及准数关联式的确定：(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，通过实验来测定。
i i i mQ S t α=⨯⨯∆(1)i i m iQ t S α=∆⨯(2)式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；i Q —管内传热速率，W ；i S —管内换热面积，m 2；m t ∆—壁面与主流体间的温度差，℃。
平均温度差由下式确定：m w t t t∆=-(3)式中：t —冷流体的入口、出口平均温度，℃；w t —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，w t 用来表示，由于管外使用蒸汽，所以w t 近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i iS d L π=(4)式中：i d —内管管内径，m ；i L —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：21()i i pi i i Q W c t t =-(5)其中质量流量由下式求得：3600i i i V W ρ=(6)式中：i V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3/h ；pi c —冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；i ρ—冷流体的密度，kg/m 3；pi c 和i ρ可根据定性温度查得，122i i m t t t +=为m 冷流体进出口平均温度；1i t 、2i t 、w t 、i V 可采取一定的测量手段得到。
(2)对流传热系数准数关联式的实验确定：流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为：m ni i i Nu ARe Pr =(7)其中：i i i i d Nu αλ=，i i i i i u d Re ρμ=，pi i i ic Pr μλ=。
换热器的操作及传热系数的测定实验报告
换热器的操作及传热系数的测定实验报告换热器是一种用于传递热量的设备，常用于工业生产中的加热、冷却和废热利用等方面。
换热器的基本结构包括热交换管路、壳体、传热管束、挂板、密封装置、支撑装置、进出口法兰等部分。
换热器的工作原理是通过将两种流体分别在管束和壳体中流动，使它们在壳体内接触并交换热量，从而达到加热或冷却的目的。
其中一种流体在管束内流动，称为管束流体；另一种流体在壳体内流动，称为壳体流体。
管束流体和壳体流体之间的热量传递是通过管壁进行的。
2.换热器传热系数的测量方法和计算公式换热器传热系数是评价换热器传热性能的重要指标，它是指单位面积换热器传递的热量与传热面积和传热温差的比值。
传热系数的测量方法主要有实测法、计算法和综合法，其中实测法是最常用的一种方法。
实测法的基本思路是通过实验来测定换热器的传热系数。
具体测量步骤如下：(1)将待测流体进入传热侧管束，另一侧进入冷却水，调节流量和温度，使达到稳定状态；(2)测量进出口流量和温度，根据能量守恒原理计算出管束流体的热量传递量；(3)根据壳侧冷却水的温升和流量，计算出壳侧的热量传递量；(4)根据了解的流体物理性质和实验数据，计算出传热系数。
传热系数的计算公式如下：α = Q/(SΔT)其中，α为传热系数，单位为W/(m2·K)；Q为单位时间内传递的热量，单位为W；S为传热面积，单位为m2；ΔT为传热温差，单位为K。
三、实验设备和材料1.换热器2.温度计3.流量计4.水泵5.电源6.水槽7.热交换介质8.计算机四、实验步骤1.准备工作(1)检查实验设备是否完好无损，如有损坏应及时修理；(2)检查实验室环境是否符合实验要求；(3)将实验设备接通电源并进行预热。
2.操作换热器(1)将加热介质进入传热侧管束，另一侧进入冷却水；(2)打开水泵，调节流量和温度，使达到稳定状态；(3)测量进出口流量和温度。
3.传热系数的测量和计算(1)根据实验数据计算出传热系数。
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换热器的操作和总传热系数的测定
一、实验目的
1. 了解换热器的结构与工作原理。
2. 掌握换热器总传热系数的测定方法。
3. 了解换热器的操作方法与强化途径。
二、实验原理
换热器在工业生产中是经常使用的设备。
热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷流体，以满足生产工艺的要求。
影响换热器传热量的参数有传热面积、平均温度差和总传热系数三要素。
为了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。
总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，提高换热器的总传热系数以强化传热过程，是生产实践中经常遇到的问题。
列管换热器是一种间壁式的传热装置，冷热液体间通过壁面完成传热过程。
由热流体对壁面的对流传热、间壁的固体传导和壁面对冷流体的对流传热三个传热子过程组成。
以冷流体侧传热面积为基准的总传热系数与三个子过程的关系为冷流体→壁面→热流体。
由此可知，通过分别考察冷热流体流量对传热系数的影响，可达到了解某个对流传热过程的性能。
若要了解对流给热过程的定量关系，可由非线性数据处理而得
H
h C m C c A A A A K αλδα++=
1
1
这种研究方法是过程分解与综合实验研究方法的实例。
总传热系数K 借助于传热速率方程式和热量衡算方程式求取 热量衡算方程式
()()
出进出进t t C G Q T T C G Q Pc c Ph h h -=-=c
损Q Q Q c h +=
换热器保温良好
0=损Q
则
Q Q Q c h ==
由于实验过程中存在随机误差，换热器的传热量为
()2/c h Q Q Q +=
换热器的操作优劣以传热不平衡度η度量，即
%100⨯-=
θ
θ
θηh 总传热速率方程式
m t KA Q ∆=
()()
进
出出进进出出进t T t T t T t T t m ----=
∆ln
上面各式中：K 为总传热系数；α为流体的给热系数；A 为换热器的传热面积；G 为流体的质量流量；Q 为传热量；C p 为流体的恒压热容；T 为热流体温度；t 为冷流体温度；△t 为传热温度差；η为操作不平衡；λ为固体壁的导热系数；δ为固体壁的厚度。
对于单壳程、双管程或二管程以上的修正系数见图4-8。
三、实验装置
本实验物系冷流体是水，热流体是空气。
冷流体自上水总管来，经转子流量计测定流量，温度计测量进口温度后，进入换热器壳层，换热后在出口测量其出口温度；热流体自风源来，经转子流量计测量流量后，进入电加热器加热到90~100℃流入换热器的管城，并测量进出口温度。
具体实验装置图见图4-9。
四、实验步骤
1. 打开水源，由调节阀5调节冷流体流量。
2. 开通风源1，打开阀4，由调节阀3调节空气流量，接通加热器2，电源加热空气到90~100℃，不得大于100℃。
实验中一定要先打开冷流体后开热流体。
维持冷热流体流量不变，热空气进口温度在一定时间内基本不变，可记录有关数据。
每个试验点测3~4次数据，测量间隔约3~5min ，重复测量直到稳定。
测定总传热系数K 时，在维持冷流体（或热流体）流量不变的情况下，根据试验布点要求，改变热空气（或冷流体）流量3次。
小气量用旁路阀调节。
实验结束，关闭加热电源，待热空气温度降至50℃以下，关闭冷热流体调节阀，并关闭冷热流体源。
五、实验结果
具体实验数据、计算结果见附页，下面以第一组数据为例计算：
()()()()W
t t C q Q W
T T C q Q Pc c Vc c Ph h Vh h 60.5491.163.184183100036001000215
51.5925.641601009946.03600
100023400
=-⨯⨯⨯⨯=-==-⨯⨯⨯⨯=
-=进出出进ρρ
W Q Q Q C h 06.5712
60
.54951.5922=+=+=
()()()()
K t T t T t T t T T m
9.861
.165.643.18160ln
1.165.643.18160ln =-----=-----=∆进
出出
进进出出进
()
K m W t A Q K m ⋅=⨯=∆=
2/7854.189
.8635.006
.571 经计算，得平均值K=17.8346W/（m 2·K ）
六、误差分析
1. 实验中发现冷出口温度一直没有办法维持在一个值上，可能是测温器出现了问题，导致后两组数据与前三组数据差距较大，最后的K 值也偏小。
2. 计算中采用的密度和比热容都是温度的算术平均值对应的值，可能与实际值有差距，引入误差。
3. 热流体流速过快可能导致其热传导不充分，使得最后的K 值偏小，引入误差。
4. 实验中未引入传热平均温差修正系数，可能导致最后求得的K 值与实际值不符。
七、思考题
1. 实验中有哪些因素影响实验的稳定性？参数波动的原因有哪些？ 答：流速是否稳定不变、冷热流体进口温度是否恒定及观察数据时冷热流体是否已达到热平衡等因素都会影响实验稳定性，使得参数波动。
2. 影响传热系数K 的因素有哪些？强化传热要以什么为代价？
答：冷热流体及管壁的性质、管壁的厚度、冷热流体的流速等等。
强化传热可以通过减小管壁厚度、改变管壁材料或者减慢流速等方法来强化传热。
3. 在传热中有哪些工程因素可以调动，你在操作中主要调动哪些因素，应如何着手？
答：可以调动传热面积、传热系数、流速、温度等工程因素。
实验中主要调动的是流速和温度这两个工程因素，通过改变流速和温差，来测总传热系数。
4.实验中如果改变冷热流体走向，结果会有什么变化？
答：如果改变冷热流体走向，使得两种流体并流操作，其他条件不变，那么其传热过程推动力△t m会减小，从而使得总传热系数减小。