水蒸汽给热系数测定实验
实验四传热系数测定实验
实验四 传热系数测定实验1．实验目的（1）观察水蒸汽在水平管外壁上的冷凝现象；（2）测定空气－水蒸汽在套管换热器中的总传热系数；（3）测定空气在圆形直管内强制对流时的传热膜系数及其与雷诺数Re 的关系。
2．基本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）：()()mW 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mi P i t S t t C V K ∆-=)(12ρ空气在管内的对流传热系数（传热膜系数） m w i P i t t S t t C V )()(12--=ρα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，℃； S 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 t t 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，℃。
当内管材料导热性能很好，且管壁很薄时，可认为内管内外壁温度相同，即测得的外壁温度视为内壁温度。
流体在圆形直管内作强制湍流（流体流动的雷诺数Re ＞10000）时，对流传热系数αi与雷诺数Re 的关系可近似写成 ni A Re =α式中A 和n 为常数。
水的传热膜系数_传热膜系数测定实验报告范文加思考题解读
水的传热膜系数_传热膜系数测定实验报告范文加思考题解读目录一.摘要 (1)二.实验目的 (1)三．实验基本原理及内容 (1)四．实验装置说明及流程图 (3)五．实验步骤 (4)六．实验注意事项 (4)七．实验数据处理 (5)八．结果与讨论 (8)九．误差分析 (9)十．思考题 (9)化工原理实验报告——传热膜系数测定实验三传热膜系数测定实验一.摘要选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、对普通管换热器进行了强制对流传热实验研究。
确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。
此实验方法可以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、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走内管，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，计算了传热膜系数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。
关键词：对流传热对流传热膜系数蒸汽冷凝膜系数管内对流传热系数二.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．实验基本原理及内容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：mnpGrPrNuARe（1）对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故mnPrAReNu（2）本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。
用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。
本实验可简化上式，即取n＝0.4（流体被加热）。
这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，即得到直线方程：1NulgAmlglgRe0.4Pr（3）在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。
空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告
空气-水蒸气对流给热系数测定实验报告本实验使用臭氧编码器，通过悬浮思路分析，利用不同的匀速度下不同的温度差分析空气-水蒸气的对流换热系数，帮助我们理解空气-水蒸汽对流的过程。
本文将对实验的设备、方法、结果及分析进行详细介绍。
一、实验设备1. 实验室气体混合系统2. 实验室压力传感器4. 实验室水蒸气浸润计6. 实验室数据采集器二、实验方法1. 设计实验2. 实验片段将实验室气体混合系统、压力传感器、温度传感器、水蒸气浸润计和湿度传感器等设备设置在实验室中，同时使用数据采集器对数据进行实时记录。
在实验中，我们首先设置了一个不同的温度差，然后观察它们在不同的匀速度下的换热系数。
通过计算，我们可以得到不同匀速下不同温度差的换热系数。
三、实验结果及分析通过实验结果和数据分析，我们得到不同温度差和匀速度下的换热系数。
1. 换热系数随着温度差的增加而增加我们可以看到，在温度差越大的情况下，热传导的能力也越强。
颗粒与颗粒之间的间距越小，热量间的转移就越快，因此换热系数也越高。
当温度差在一定的范围内，换热系数与温度差的平方成正比。
我们还可以看到，在匀速越大的情况下，换热系数也会越大。
当匀速越大时，颗粒间的热传导也会越快，从而使换热系数更大。
综合以上分析，我们可以得到空气-水蒸汽的对流换热系数与温度差和匀速度密切相关。
当温度差和匀速度越大时，换热系数也会越大。
同时，通过这些实验结果，我们可以更好地理解空气-水蒸汽对流的过程。
四、实验结论通过本次实验，我们可以得出以下结论：1. 空气-水蒸汽的对流换热系数与温度差成正比，当温度差越大时，换热系数也会越大。
因此，我们可以通过控制空气-水蒸汽的温度差和匀速度来控制其换热系数，从而更好地理解热传导过程。
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 。
化工原理实验(四)空气-蒸汽对流给热系数测定
化工原理实验（四）空气－蒸汽对流给热系数测定一、实验目的1、 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。
2、 掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。
3、 学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、基本原理在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。
如图(4－1)所示，间壁式传热过程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所组成。
达到传热稳定时，有()()()()mm W M W p p t KA t t A T T A t t c m T T c m Q ∆=-=-=-=-=221112222111αα （4－1）Tt图4－1间壁式传热过程示意图式中：Q － 传热量，J / s ；m 1 － 热流体的质量流率，kg / s ； c p 1 － 热流体的比热，J / (kg ∙℃)； T 1 － 热流体的进口温度，℃； T 2 － 热流体的出口温度，℃； m 2 － 冷流体的质量流率，kg / s ； c p 2 － 冷流体的比热，J / (kg ∙℃)； t 1 － 冷流体的进口温度，℃； t 2 － 冷流体的出口温度，℃；α1 － 热流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m 2 ∙℃)；A 1 － 热流体侧的对流传热面积，m 2；()m W T T -－ 热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；α2 － 冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m 2 ∙℃)；A 2 － 冷流体侧的对流传热面积，m 2；()m W t t - － 固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃；K － 以传热面积A 为基准的总给热系数，W / (m 2 ∙℃)； m t ∆－ 冷热流体的对数平均温差，℃；热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算，()()()22112211ln W W W W m W T T T T T T T T T T -----=- （4－2）式中：T W 1 － 热流体进口处热流体侧的壁面温度，℃；T W 2 － 热流体出口处热流体侧的壁面温度，℃。
实验4、传热实验(水-蒸汽)
实验4、传热实验（水-蒸汽）一、实验原理：对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为：对于强制湍流而言，Gr 准数可以忽略，故n m A Nu Pr Re ∙∙=本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m 、n 和系数A 。
用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。
本实验简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。
这样，上式即变为单变量方程，再两边取对数，即得到直线方程：在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。
在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A ，即：用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。
而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。
应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A 、m 、n 。
对于方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。
其准数定义式分别为：λαλμμρd Nu Cp u d ∙=∙=∙∙=,Pr ,Re实验中改变冷却水的流量以改变Re 准数的值。
根据定性温度（冷却水进、出口温度的算术平均值）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。
牛顿冷却定律：式中：α—传热膜系数，[W/m2·℃]； Ｑ—传热量，［Ｗ］； Ａ—总传热面积，[m2]；△tm —管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]。
传热量Q 可由下式求得：3600/)(3600/)(1212t t C V t t C W Q p p -∙∙∙=-∙∙=ρ式中：W—质量流量，[kg / h]；Cp—流体定压比热，[J / kg·℃]；t1、t2—流体进、出口温度，[℃]；ρ —定性温度下流体密度，[kg / m3]；V—流体体积流量，[m3 / s]。
二、实验设备流程：本装置流程如下图所示，冷水经由泵，U型压差计，进入换热器内管，并与套管环隙中蒸汽换热。
实验五 对流给热系数测定
5 对流给热系数测定5.1 实验目的（1） 测定水蒸汽在圆直水平管外冷凝给热系数α0及冷流体(空气或水)在圆直水平管内的强制对流给热系数αi 。
（2） 观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况（膜状冷凝和滴状冷凝）。
5.2实验原理5.2.1.串联传热过程冷流体（空气和水）与热流体水蒸汽通过套管换热器的内管管壁发生热量交换的过程可分为三步:○1套管环隙内的水蒸汽通过冷凝给热将热量传给圆直水平管的外壁面(A 0)； ○2热量从圆直水平管的外壁面以热传导的方式传至内壁面(A i )； ○3内壁面通过对流给热的方式将热量传给冷流体(V c )。
在实验中, 水蒸汽走套管换热器的环隙通道, 冷流体走套管换热器的内管管内, 当冷、热流体间的传热达到稳定状态后, 根据传热的三个过程、牛顿冷却定律及冷流体得到的热量, 可以计算出冷热流体的给热系数（以上是实验原理）。
（以下是计算方法）传热计算公式如下:Q=α0A 0( T –T w )m = αi A i ( t w –t)m =V c ρc C pc (t 2-t 1) (1)由（1）式可得:m w pc c c T T A t t C V )()(0120--=ρα (2)m w i pc c c i t t A t t C V )()(12--=ρα (3)式（2）中, ( T –Tw)为水蒸汽温度与内管外壁面温度之差, 式（3）中, ( tw –t)为内管内壁面温度与冷流体温度之差。
由于热流体温度T 、内管外壁温Tw 、冷流体温度t 及内管内壁温tw 均沿内管管长不断发生变化, 因此, 温差( T –Tw) 和( tw –t)也随管长发生变化, 在用牛顿冷却定律算传热速率Q 时, 温差应分别取进口（1）与出口（2）处两端温差的对数平均值( T –Tw)m 和( tw –t)m, 方法如下:22112211ln )()()(w W W w w T T T T T T T T T T -----=- （4） 22112211ln )()()(t t t t t t t t t t w w w w m w -----=- （5）当套管换热器的内管壁较薄且管壁导热性能优良（即λ值较大）时, 管壁热阻可以忽略不计, 可近似认为管壁内、外表面温度相等, 即Tw1=tw1, Tw2=tw2。
空气-蒸汽给热系数测定实验
1－旋涡式气泵；2－排气阀；3－孔板流量计；4－冷流体进气阀；5－冷流体进口温度；6－冷流体出口温度；7－冷流体进口侧蒸汽温度；8－冷流体出口侧蒸汽温度；9－冷凝水出口阀；10－压力表；11－蒸汽进口阀；12－冷凝水排水口；13－排气管；14－蒸汽进口；15－冷流体出口；16－换热器；17－电气控制箱图4-1 空气-水蒸气换热流程图操作方法与实验步骤（一）实验步骤1、打开控制面板上的总电源开关，打开仪表电源开关，使仪表通电预热，观察仪表显示是否正常。
2、在蒸汽发生器中灌装清水至水箱的球体中部，开启发生器电源，使水处于加热状态。
到达符合条件的蒸汽压力后，系统会自动处于保温状态。
3、打开控制面板上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体进口阀，让套管换热器里充有一定量的空气。
4、打开冷凝水出口阀，排出上次实验余留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定开度。
注意开度适中，开度太大会使换热器中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热不锈钢管里的蒸汽压力过大而导致不锈钢管炸裂。
5、在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。
具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验。
6、开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽阀的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐充满系统中，使系统由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，防止不锈钢管换热器因突然受热、受压而爆裂。
同时，打开顶端放气阀，将设备内的空气排出，至排气管有蒸汽放出，关闭排气阀。
7、上述准备工作结束，系统也处于“热态”后，调节蒸汽进口阀，使蒸汽进口压力维持在0. 01MPa，可通过调节蒸汽发生器出口阀及蒸汽进口阀开度来实现。
8、自动调节冷空气进口流量时，可通过仪表调节风机转速频率来改变冷流体的流量到一定值，在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可记录实验数值，一般每个流量下至少应使热交换过程保持15分钟方为视为稳定；改变流量，记录不同流量下的实验数值。
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****化工原理实验报告学院：化学工程学院专业：****** 班级：****
2 0.276451
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77.0623575
1.931734583
39.89282905
18353.19476
水的密度、粘度、热导率以及比热容等可由附录五和附录七查得。
m s =ρV s =988.1
()()()2
211
2211
ln t t t t t t t t t t W W W W
m W -----=
-得 (t w -t)m1℃
u
t=(26.2+79.2)/2=52.7℃ 由公式 m w P t t A t t C V )()(2122
--=
ρα
（t 2-t 1）1=53℃ A=πdl=3.14*0.008*1=0.02512m 2 α1
n Nu Pr Re 023.08.0= =
μ
ρ
du =
Re λ
μp c =
Pr
所以 Pr 0.41 =
由：
得：
七、实验结果及讨论
通过本次实验的学习与操作，对间壁式传热元件进一步了解，掌握给热系数测定的实验方法，对所得实验数据进行分析处理，得到lnRe- lnNu/Pr 0.4关系图，通过斜率和截距得到m 和c 值，将实验值与理论值进行对比，存在很大的误差。
结果分析：在对实验值与理论值进行比较得，在温度的较小时误差较大，随着温度的升高，误差减小。
整体实验过程中实验温度较小，产生误差较大。
随着温度的升高，气体的粘度增大。
y = 1.3101x + 4.9799 八、思考题
1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?
答：实验中冷流体和蒸汽的流向相同，对传热效果无影响。
因为Q=αA △t m ，不论冷流体和蒸汽是并流还是逆流流动，由于蒸汽的温度不变，故△t m 不变，而α和A 不受冷流体和蒸汽的流向的影响，所以传热效果不变。
2、在计算冷流体质量流量时所用到的密度值与求雷诺数时的密度值是否一致？它们分别表示什么位置的密度，应在什么条件下进行计算。
答：不一致。
计算冷流体质量流量时所用到的密度值是冷流体进口温度下对应的密度；求雷诺数时的密度值时是冷流体进出口算术平均温度对应的密度。
3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？
答：冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了一项热阻，降低了传热速率。
在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水，若压力表晃动，则及时打开排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走。
基本无影响。
因为α∝(ρ2g λ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t 均增加，其它参数不变，故 (ρ2g λ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强 对α关联式无影响。