强化管换热器对流传热系数的测定
传热膜系数测定实验报告
北京化工大学化工原理实验报告实验名称：对流给热系数测定实验班级：姓名：学号：序号：同组人：设备型号：对流给热系数测定实验设备-第X套实验日期：一、摘要选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立水蒸汽—空气传热系统，分别对普通管换热器和强化管换热器进行了对流传热实验研究。
确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。
此实验方法可测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。
本实验采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等装置，空气走内管、蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m （n 取0.4），得到了半经验关联式。
实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A 和m 。
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；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，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。
三、实验原理热量的传递方式有传导、对流、辐射三种。
流体流经固体表面的传热包含壁面薄层的热传导和主体的热对流，总称为对流给热。
计算对流给热过程的热量Q 和热流密度q 等，通常需先确定给热系数α。
本实验以间壁式换热器中最简单的套管换热器为研究对象，令壳程走热水蒸汽，管程强制逆流走冷空气，跟据牛顿冷却定律可以测得圆管内空气一侧的给热系数α1。
进一步可以将无因次准数Nu ，Re ，Pr 等按经验形式联系起来，并回归其中的参数A,a 。
根据已知A,a 的通用关联式确定给热系数，也可达到一定的精度要求，是当前工程上确定α的重要方法。
牛顿冷却定律： m t A Q∆⋅⋅=α式中：α——内表面给热系数，[W/(m ²·℃)]； Q ——传热量，[W]； A ——总传热面积[m2²]；Δtm ——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]；1t ——进口温度，[℃]；2t ——出口温度，[℃]；,1w t ——壁温，[℃]；,2t w ——壁温，[℃]。
列管换热器实验装置说明书
列管换热器实验装置说明书天津大学化工基础实验中心2011．10一、实验目的：本实验装置是以水蒸气-空气为传热介质，采用列管换热器对流换热，用于教学实验中，通过对列管换热器对流传热系数、总传热系数K 的测定，加深了解间壁传热的基本概念和基本理论，了解各种影响因素对传热效率的影响。
二、换热器实验简介：1、列管换热器传热系数的测定：管壳式换热器又称列管式换热器。
是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
这种换热器结构较简单，操作可靠，可采用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的换热器类型。
壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。
进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。
总传热系数K 通过实验可测定 Om iS t Q K ⨯∆=（1）式中：K —列管换热器总传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —管内传热速率，W ； S O —管外换热面积，m 2； m t ∆—平均温度差，℃。
m t ∆由下式确定： 逆m m t t ψ∆=∆ （2）12211221lnt T t T t T t T t m -----=∆）（）（逆 （3） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T 1，T 2 —热流体的入口、出口温度，℃；t w 逆 —逆流时平均温度差，℃；ψ—温差校正系数，由于实验用列管换热器采用单管程单壳程所以ψ=1。
管内换热面积： Lo d n S o o π= （4）式中：d O —内管管外径，m ；L O —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：)(12t t Cp W Q m m i -= （5）其中质量流量由下式求得：3600mm m V W ρ=（6） 式中： m V —冷流体在管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。
对流给热系数的测定(数据处理)
实验三 对流给热系数的测定一、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i α；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 的值。
4、掌握热电阻测温的方法。
二、基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：V ρC P (t 2－t 1)＝αi A i (t w －t)m （1-1）式中： V ——被加热流体体积流量，m3/s ； Ρ——被加热流体密度，kg/m3； C P ——被加热流体平均比热，J/(kg ·℃)；αi ——流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃)； t 1、t 2——被加热流体进、出口温度，℃；A i ——内管的外壁、内壁的传热面积，m2；(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 -----=- （1-2）(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 m w -----=- （1-3）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（1-3）可得：m w P i t t A t t C V )()(012--=ρα （1-4）若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、T w2，则可通过式（1-4）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi 。
传热系数的测定实验
实验４ 传热系数的测定实验一、实验目的⒈ 测定流体在套管换热器内作强制湍流时的对流传热系数i α。
⒉ 并将实验数据整理成准数关联式Nu=ARe m Pr 0.4形式，确定关联式中常数A 、m 的值。
⒊ 了解强化传热的基本理论和采取的方式。
二、实验原理实验2-1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈ 对流传热系数i α的测定 根据牛顿冷却定律im ii S t Q ⨯∆=α （4-1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2；m t ∆—冷热流体间的平均温度差，℃。
()()221i i w m t t T t +-=∆ （4-2）式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；ｔw —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，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i i L d S π= （4-3）式中：d i —内管管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：)(12i i pi i i t t c W Q -= （4-4）其中质量流量由下式求得：3600ii i V W ρ=（4-5）式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。
c pi 和ρi 可根据定性温度t m 查得，221i i m t t t +=为冷流体进出口平均温度。
t i1，t i2， t w ， V i 可采取一定的测量手段得到。
⒉ 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n i mii A Nu Pr Re =. （4-6）其中： i ii i d Nu λα=， i i i i i d u μρ=Re ， ii pi i c λμ=Pr 物性数据λi 、c pi 、ρi 、μi 可根据定性温度t m 查得。
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=。
传热综合实验测定列管换热器总传热系数
实验名称: 传热综合实验测定列管换热器一、实验内容测定列管式换热器的对流传热系数K。
二、实验目的通过测定列管换热器传热数据计算总传热系数K，加深对其概念的理解。
三、实验基本原理（1）传热过程基本原理传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。
由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热量就必然发生从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。
总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。
对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热速率方程式（1-1）计算K值。
传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。
在该方程式中，冷、热流体的温度差△T是传热过程的推动力，它随传热过程冷热流体的温度变化而改变。
传热速率方程式Q=K×S×ΔTm （1-1）所以对于总传热系数K=Cp×W×(T2-T1)/(S×ΔTm)T2(1-2)式中：Q----热量(W)；S----传热面积(m2)；△Tm----冷热流体的平均对数温差(℃)；K----总传热系数(W/(m2·℃))；C P----比热容(J/(Kg·℃))；W----冷流体质量流量(Kg/s)；T2-T1----冷流体进出口温差(℃)。
（2）换热器简介列管式换热器：是固定管板式换热器，它是列管换热器的一种。
它由壳体、管束、管箱、管板、折流挡板、接管件等部分组成。
其结构特点是，两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。
它具有结构简单和造价低廉的优点。
开车前首先检查管路、各种换热器、管件、仪表、流体输送设备是否完好，检查阀门、分析测量点是否灵活好用。
四、实验方法及步骤1.实验准备：检查实验装置处在开车前的准备状态。
2.换热器实验：1）打开总电源开关。
2）打开列管式换热器热流体进口阀和列管式换热器冷流体进口阀。
对流传热系数的测定
对流传热系数的测定北京理工大学化学学院董女青1120102745一、实验目的1、掌握对流传热系数的测定方法，测定空气在圆形直管内的强制对流传热系数, 验证准数关联式。
2、了解套管换热器的结构及操作，掌握强化传热的途径。
3、学习热电偶测量温度的方法。
二.实验原理冷热流体在间壁两侧换热时，传热基本方程及热衡算方程为：Q = KAAtm = m^Cp (t入一t出)换热器的总传热系数可表示为：1 1 b 1—------- 1 ---- 1 ----K a ：入a 0 式中：Q—换热量，J/sK—总传热系数，J/(m' s)A—换热面积，m：At m-平均温度差，°CCp—比热，J/ (kg • K)nu—质量流量，kg/sb—换热器壁厚，ma i、a o—内、外流体对流传热系数，J/(m? • s)依据牛顿冷却定律，管外蒸汽冷凝，管内空气被加热，换热最亦可表示为：Q = a jAj(t w - t) = a 0A0 (T — T w)式中:t w.凡一管内(冷侧)、管外(热侧)壁温，t、T-管内(冷侧)、管外(热侧)流体温度测定空气流量、进出口温度、套管换热面积，并测定蒸汽侧套管壁温，由于管壁导热系数较大且管壁较薄，管内壁温与外壁温近似柑等，根据上述数据即可得到管内对流传热系数，由丁•换热器总传热系数近似等丁•关内对流传热系数，所以亦可得到套管换热器的总传热系数。
流体在圆形直管强制对流时满足下述准数关联式：Nu = O.O237?e°-8Pr0-33式中：Nu-努塞尔特准数，Nu=^,无因次Re—雷诺准数，Re = ^,无因次P L普兰特准数，Pr =耳,无因次测定不冋流速条件下的对流传热系数，在双对数坐标屮标绘加he关系得到一条直线，直线斜率应为0. &三、实验内容1、测定不同空气流星下空气和水蒸汽在套管换热器换热时内管空气的对流传热系数，推算总传热系数。
2、在双对数坐标中标绘M L R決糸,验证准数关联式。