化工原理传热实验
化工原理の传热实验
化工原理の传热实验一、实验目的1、学习传热系数的测定方法；2、学习传热膜系数及其准数联式的测定方法。
二、实验原理本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。
套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。
传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[2k m W t A qK m⋅∆⋅=(1)图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3/s]V h ——空气流量[m 3/h]ρ——空气密度[kg/m 3]，以下式计算：]/)[273(4645.031m kg t R p Pa ++=ρ （3）Pa ——大气压[mmHg]Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃]Cp ——空气比热[K kg J ⋅/]，查表或用下式计算：]/[04.01009K kg J t C m p ⋅+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃]②传热平均面积A ：][2m L d A m π= （5）式中：d m =传热管平均直径[m]L —传热管有效长度[m ]③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算：T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=∆-=∆2121ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆ (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃]2、传热膜系数（给热系数）及其关联式空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示：nr m e P R Nu 0α= （7）式中：N u ——努塞尔特准数R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数αo ——系数，经验值为0.023 m ——指数，经验值为0.8n ——指数，经验值为：流体被加热时n=0.4，流体被冷却n=0.3 为了测定传热膜系数，现对式（7）作进一步的分析：λαdNu =（8） α——空气与管壁间的传热膜系数[W/m 2·k] 本实验可近似取α=K[传热系数]，也可用下式计算：)(m W i t t A q -=α （9）A i ——传热管内表面积[m 2] t W ——管壁温[℃]t m ——空气进、出口平均温度[℃] d ——管内径[m]λ——空气的导热系数[W/m ·k]，查表或用下式计算：λ=0.0244+7.8×10-5t m （10） μρdu =Re （11）u ——空气在加热管内的流速[m/s]μ——空气定性温度（t m ）下的粘度[pa ·s]，查表或用下式计算：μ=1.72×10-5+4.8×10-8t m （12）d ，ρ——意义同上。
化工原理实验：传热实验
化工原理实验：传热实验化工传热综合实验一、实验装置的根本功能和特点本实验装置是以空气和水蒸汽为介质，对流换热的简单套管换热器和强化内管的套管换热器。
通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数α i 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^p 方法，确定关联式 Nu=ARemPr0.4 中常数A 、 m 的值。
通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-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 ，理解强化传热的根本理论和根本方式。
实验装置的主要特点如下：1.实验操作方便,平安可靠。
2.数据稳定,强化效果明显，用图解法求得的回归式与经历公式很接近。
3.水,电的耗用小,实验费用低。
4.传热管路采用管道法兰联接,不但密封性能好,•而且拆装也很方便。
5.箱式构造，外观整洁，挪动方便。
二、强化套管换热器实验简介强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；进步现有换热器的换热才能；使换热器能在较低温差下工作；并且可以减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能和资金。
强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。
螺旋线圈的构造图如图 1 所示，螺旋线圈由直径 3mm 以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。
将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。
在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因此可以使传热强化。
由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能。
螺旋线圈是以线圈节距 H 与管内径 d 的比值技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。
科学家通过实验研究总结了形式为mB Nu Re 的经历公式，其中 B 和 m 的值因螺旋丝尺寸不同而不同。
化工原理实验报告(传热)
化工原理实验报告(传热)
实验名称：传热实验
实验目的：掌握传热原理，测定传热系数。
实验原理：传热是指热能从物体的高温区域传递到物体的低温区域的过程。
传热方式
主要有三种，分别是传导、对流和辐射。
传导是指物质内部由高温区传递热量到低温区的过程。
传导的速率与传导材料的种类、厚度、温度差等因素有关。
对流是指由于物流的运动而引起的热量传递过程。
对流的速率与流动速度、流动形式
等因素有关。
辐射是指物体之间通过电磁波传递热量的过程。
辐射的速率与物体温度、表面特性等
因素有关。
实验仪器：传热实验装置、数显恒温槽、数显搅拌器、功率调节器、电热水壶、测温仪、电阻丝、保温材料等。
实验步骤：
1、将传热实验装置放入数显恒温槽内，开启电源，将温度恒定在80℃左右。
2、将试样加热，使其温度达到与恒温槽内温度一致。
3、将试样放入传热实验装置中，开始实验。
4、在实验过程中，保持搅拌器的匀速转动，确保传热速率的稳定。
5、记录实验数据，计算传热系数。
实验结果：
本实验测定的传热系数为：λ=10.2 W/m•K
通过本次实验，我们掌握了传热原理和测定传热系数的方法，同时也了解了传导、对
流和辐射三种传热方式的特点及其影响因素。
实验结果表明，传热系数是物体传热速率的
量化表示，对于不同的物体和温度差，传热系数是不同的，因此在具体实际应用中需要根
据实际情况进行调整。
化工传热实验原理
化工传热实验原理传热是化工过程中常见的一个重要环节，它对于提高化工过程的效率和安全性具有至关重要的作用。
为了更好地理解和应用传热原理，化工传热实验成为了不可或缺的一部分。
本文将介绍化工传热实验的原理和一些常用的实验方法。
一、传热的基本原理传热是指热量从高温区域转移到低温区域的过程。
在化工过程中，常用的传热方式有三种：导热、对流和辐射。
1.1 导热导热是固体物质传热的一种方式，它是通过固体内部或不同固体间的分子振动或电子传递热量的过程。
导热的传热速率与固体的导热系数、温度差和传热距离有关。
1.2 对流对流是液体或气体传热的一种方式，它是通过流体中分子传递热量的过程。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指由密度差引起的上升和下降运动，如热水的循环。
而强制对流是外力（如泵、风扇）的作用引起的流动，如风冷却器中的空气流动。
1.3 辐射辐射是通过电磁波传递热量的一种方式，它可以在真空中传播。
所有物体都会发出热辐射，辐射的传热速率与物体的温度和表面特性有关。
二、化工传热实验方法为了研究和验证传热原理，并评估传热过程的特性，化工传热实验采用了多种方法。
下面将介绍一些常见的化工传热实验方法。
2.1 热传导实验热传导实验用于测量材料的导热性能以及探究传热过程中的热阻和热导。
实验中，通常采用热平衡法或热电偶法来测量热传导系数。
热平衡法通过测量材料两端的温度差来计算导热系数，而热电偶法则通过在材料中插入热电偶进行温度测量，从而计算导热系数。
2.2 对流传热实验对流传热实验用于研究流体的传热特性以及传热系数。
常见的对流传热实验包括采用垂直圆柱体或水平管道来测量流体的对流传热系数。
实验中，通过改变流体的流速、温度差以及材料的几何形状等因素，可以得到不同条件下的传热系数。
2.3 辐射传热实验辐射传热实验用于研究物体的辐射传热特性以及辐射传热率。
常见的辐射传热实验包括黑体辐射实验和灰体辐射实验。
实验中，通过测量物体的辐射率、温度差以及表面属性等因素，可以得到物体的辐射传热系数。
(化工原理实验)传热实验
系统漏热
实验操作误差
实验系统可能存在漏热现象，导致热量损 失，从而影响实验结果的准确性。
实验操作过程中的人为因素，如操作不规 范、记录数据不准确等，也可能引入误差 。
减小误差方法
选择高精度测量设备
使用高精度温度传感器和测量设备，提高温 度测量的准确性。
加强系统保温措施
对实验系统采取良好的保温措施，减少热量 损失，降低漏热对实验结果的影响。
确保实验装置密封良好，防止热量散 失；保持热流体和冷流体的流量稳定， 以获得准确的实验结果。
实验流程
启动加热器，使热流体循环流动；启动冷却 器，使冷流体循环流动；记录热流体和冷流 体的进出口温度；计算传热系数并分析结果 。
02
实验操作与步骤
实验准备工作
熟悉实验装置
了解传热实验装置的结构、 功能和使用方法，包括加 热器、冷却器、温度计、 流量计等。
冷却操作
在加热过程中，适时打开冷却 器对传热介质进行冷却，以控 制实验过程中的温度波动。
数据记录
在实验过程中，定时记录温度 、流量等关键参数的变化情况
。
数据记录与处理
数据整理
将实验过程中记录的数据进行整理， 包括温度、流量等参数的变化曲线和 数值表格。
数据分析
根据整理的数据，分析传热实验过程 中的传热效率、热损失等关键指标。
准备实验材料
根据实验要求准备所需的 传热介质（如水、油等） 和实验样品。
检查实验设备
确保实验设备的完好和正 常运行，如检查加热器的 加热功率、冷却器的冷却 效果等。
实验操作过程
安装实验装置
按照实验要求正确安装传热实验装置 ，包括加热器、冷却器、温度计、流
量计等，确保装置密封良好。
化工原理实验传热实验报告
传热膜系数测定实验（第四组）一、实验目的1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α12、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ⋅⋅=aA Nu 中的参数A 、a *4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理间壁式传热过程是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三个传热过程所组成。
由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。
1）寻找影响因素物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]]3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 6）实验Nu ＝ARe a Pr b Gr c强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： 热量衡算方程：圆管传热牛顿冷却定律： 圆筒壁传导热流量：)]/()ln[)()()/ln(112211221212w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----⋅-⋅=δλ 空气流量由孔板流量测量：54.02.26P q v ∆⨯= [m 3h -1，kPa]空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]三、实验流程1、蒸汽发生器2、蒸汽管3、补水漏斗4、补水阀5、排水阀6、套管换热器7、放气阀8、冷凝水回流管9、空气流量调节阀10、压力传感器 11、孔板流量计 12、空气管 13、风机图1、传热实验流程套管换热器内管为φ27×3.5mm黄铜管,长1.25m,走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走100℃的热蒸汽。
化工原理实验传热实验报告
化工原理实验传热实验报告化工原理实验传热实验报告一、引言传热是化工过程中不可或缺的环节，对于提高反应速率和产品质量具有重要意义。
为了研究传热现象，我们进行了一系列的实验。
本实验旨在通过传热实验，探究传热的基本原理和影响因素，为化工过程的优化提供理论依据。
二、实验目的1. 了解传热的基本原理和传热方式；2. 掌握传热实验的基本方法和技巧；3. 分析传热过程中的影响因素。
三、实验原理1. 传热方式传热主要有三种方式：传导、对流和辐射。
传导是通过物质内部的分子传递热量，对流是通过流体的运动传递热量，辐射是通过电磁波传递热量。
2. 传热方程传热过程可以用传热方程来描述，常见的传热方程有热传导方程、牛顿冷却定律和斯特藩－玻尔兹曼定律。
热传导方程描述了传导过程中的热量传递，牛顿冷却定律描述了对流过程中的热量传递，斯特藩－玻尔兹曼定律描述了辐射过程中的热量传递。
3. 传热系数传热系数是描述传热能力的物理量，它与传热介质的性质和传热过程中的条件有关。
传热系数越大，传热能力越强。
四、实验装置和步骤1. 实验装置本实验采用了传热实验装置，包括传热试验台、传热介质、传热表面、传热源和传热计等。
2. 实验步骤（1）将传热试验台接通电源，使传热源加热。
（2）调节传热介质的流量和温度。
（3）通过传热计测量传热过程中的温度变化。
（4）记录实验数据，并进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析通过实验测得的数据，我们可以计算传热系数和传热速率，进而分析传热过程中的影响因素。
1. 传热系数传热系数与传热介质的性质、传热表面的形状和条件有关。
通过实验数据的处理，我们可以计算得到传热系数，并与理论值进行比较，从而评估传热实验的准确性和可靠性。
2. 传热速率传热速率是描述传热过程中热量传递的快慢程度的物理量。
通过实验数据的处理，我们可以计算得到传热速率，并分析传热过程中的传热效率和能耗。
六、实验总结通过本次传热实验，我们深入了解了传热的基本原理和传热方式，掌握了传热实验的基本方法和技巧。
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=。
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• 3、测定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时 注意惰气的排空和压力表读数的调整。每组数据应重 复2-3次，确认数据的再现性、可靠性。
五、实验数据处理及结果讨论
• 1、实验数据记录整理成表。 • 2、在双对数坐标纸上标绘Nu-Re关系曲线，确
• 1、蒸汽在水平管外冷凝给热系数：
0
VCP(t2 t1)
A0(Ttw)
式中： ----空气在流量计前方的压力、温度下的密度，kg/m3， 可按理想气体定律计算：
1.2913.02173130 52 pa73pt
Pa-----大气压强，Pa； P ----流量计前端空气表压，Pa； T ----流量计前端空气温度，℃，可取t=t1；
RedudVds21.27Vd3s
4
N uddKdVsA Cp ห้องสมุดไป่ตู้tt2 m t1)
式中：-----空气在定性温度下的粘度，Pas； -----空气在定性温度下的导热系数，W/(m℃)。
• 在取得各次的Re和Nu实验数据后，便可用图解 法或最小二乘法确定参数，从而把实验数据整 理成准数关联式。
• 以Nu为纵坐标，Re为横坐标在双对数坐标 纸上绘图，可得一条直线，该直线的斜率为m， 截距的真数为C
壁的对流给热系数W/(m2℃) • t1、t2—被加热流体进、出口温度，℃
(TTw )m(T1
Tw1)(T2 Tw2) lnT1 Tw1
T2 Tw2
式中：
(TTw )m(T1
Tw1)(T2 Tw2) lnT1 Tw1
T2 Tw2
(tw
t)m
(tw1
t1)(tw2 lntw1 t1
t2)
tw2 t2
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， 在传热过程达到稳定后，有如下公式：
V C p ( t 2 t 1 ) 0 A 0 ( T T w ) m iA i( t w t ) m
• V—被加热流体体积流量，m3/s • A0、Ai——内管的外壁、内壁的传热面积，m2 • ρ—被加热流体密度，kg/m3 • (T-TW)m——水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃ • CP—被加热流体平均比热，J/(kg℃) • (tw-t)m——内壁与流体间的对数平均温度差，℃ • α0、αi—水蒸气对内管外壁的对流给热系数和流体对内管内
三、实验装置
1-风机；2-冷凝水阀；3-蒸汽阀；4-分流阀；5-孔板流量计；6测压孔；7-疏水器；8-热电偶；9-调节阀；10-疏水阀；11-螺纹 管；12-放气阀；13-光滑管；14-安全阀；15，16-热电偶
• 实验装置由两套换热器组成，一套为光滑圆 铜管，一套为螺旋槽管。
• 冷空气由风机1经流量计、调节阀进入管内， 其进、出口处装有测温热电偶。蒸汽经蒸汽阀 3进入套管环隙，套管上装有压力表。蒸汽温 度由热电偶测定。冷凝水由疏水器排走，蒸汽 中不凝性气体由放气阀12排放。
一蒸汽压力， • 5、调节空气阀，改变空气流量，每一次流量的改变，均须待
空气出口温度达到定态后，才记录有关数据，改变流量，测取 多次不同流量下的数据。 • 6、实验结束，先关蒸汽，待铜管冷却后再停空气。 • 7、关闭蒸汽发生器。
• （二）注意事项
• 1、刚开始通入蒸汽时，要仔细检查蒸汽阀门的开度， 使蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由冷态转变为 热态不得少于20分钟。
数关联式描述：
NuCRm e
式中：Re—流体在管内的雷诺数，无因次
系数C和指数m为待定参数，可通过实验方法确定。将式两边取对数:
lN n m u lR n le C n
可见lnNu与lnRe为线性关系。
• 在实验中，如果我们改变流速以改变雷诺准数Re值， 并根据牛顿冷却定律求出不同流速下的给热系数和努 塞尔特准数Nu。
光滑铜管和螺旋槽管
内径d均为17.8mm，管长L均为1224mm。管 壁厚度1mm
四、实验步骤与注意事项
（一）实验步骤 • 1、打开总电源开关。 • 2、启动风机，打开空气阀，调节空气流量至适量。 • 3、打开蒸汽阀，通入加热蒸汽，（已事先备好），同时打开
蒸汽放气阀，将管内空气排除净后再关放气阀。 • 4、调整蒸汽压力调到0.05Mpa，并保持蒸汽压力不变。固定某
何影响、应采取什么措施？ • 5、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？
• 2、空气在园直管内强制对流给热系数
i
VCP(t2 t1)
Ai (tw t)m
•3、总传热系数K的测定
KVCP(t2 t1)
Atm
tm(Tlt1n)T(Tt1t2)
t2t1 lnTt1
Tt2
Tt2
• 4、气体在圆管内作强制湍流给热准数关联式的确定 • 单相流体在圆形直管内作强制湍流时的给热系数，可用下列准
化工原理实验
总传热系数与热损失
一、实验目的
1、测定空气在园直管内强制对流给热系数； 2、测定蒸汽在水平管外冷凝给热系数； 3、测定总传热系数； 4、学会运用实验方法建立经验公式或半经验公式，分别建立
空气在圆形光滑直管中和螺旋槽管中作湍流流动时对流传 热准数关联式。验证流体在圆管内强制湍流时传热准数关 联式。
• t1、t2—被加热流体进、出口温度，℃
• T1、T2——蒸汽进、出口温度，℃
• Tw1、Tw2、tw1、tw2——外壁和内壁上进、出口温 度，℃
• 在实验中，蒸汽温度可认为T1=T2=T，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Tw1＝tw1=Tw2＝tw2=tw，tw即为所测 得的该点的壁温。
定准数关联式。 • 3、讨论实验结果。说明蒸汽冷凝给热系数的
实验值和冷流体给热系数实验值的变化规律。
六、思考题
• 1.实验中空气和蒸汽的流向，对传热效果有何影响? • 2、当管内空气速度增大时，给热系数有何变化？空
气出口温度有何变化？为什么？ • 3、实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是冷流体
侧温度？为什么？ • 4、蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有