实验3 管内强制对流换热实验 实验数据及处理结果
强制对流平均换热系数的测定
组别
物理量
单位
表 10-2 计算结果
一
二
1
41.96
55.74
壁温
2 ℃
3
48.46 66.04
70.84 93.04
4
74.95
117.23
过余 温度
1
2 ℃
3
24.96 31.5 49.04
38.54 53.64 75.8
气流密度
Kg/m3
4
57.95
1.21ห้องสมุดไป่ตู้78
100.1 1.21778
1
四
55.43 64.3 78.8 87.82 38.23 46.63 61.62 70.62 1.21778 15.34 10.31 6.764 5.733 36.32 40.75 48.00 52.51 268.4 271.5 276.6 279.8 16.63×10-6 17.04×10-6 17.74×10-6 18.18×10-6 9.471 262.16 212.79 162.70
强制对流平均换热系数的测定
实验目的 1．测定强制对流时空气横掠园管的平均换热系数 α。 2．应用相似理论将实验结果整理成准则关系式，并在双对数坐标上绘出 Nu - Re 曲线。 3．了解实验的基本思想，加深应用模型试验方法解决工程实际中具体问题的认识。
实验原理 “热对流”是指流体中温度不同的各部分相互混合的宏观运动所引起的热量传递现象。根据引起流体宏
I = V2 (A) V = T × V1 × 10-3 式中 V —— 工作段电压降。T 为分压箱电压倍率，T = 201 。V1 为工作段电压经分压箱后测得的 mV 值。 ⑶ 放热管壁温 tw 由于放热管是由很薄的不锈钢片制成（厚约 0.2 mm），所以可认为钢片内外表面温度相等，壁温热电 势可用下式计算：
空气横掠管束时的强迫对流传热实验
空气横掠管束时的强迫对流传热实验13级能动卓越唐萍南201323060314同组人员：方迅舟潘捷陈明松摘要：对管束的排列方式、空气来流速度的大小对换热系数的影响进行了实验验证。
并根据最小二乘法等数据处理方法整理了使用本系统测试的实验数据,对实验数据进行了分析与讨论。
以图表的形式清晰的表述了影响因素的不同带来的变化规律。
实验系统结构合理紧凑、实验精度较高。
通过此次实验，很好的帮助了学生了解换热系数在空气横掠管束时的主要影响因素，对以后的学习以及工作中从事换热方面的研究打下坚实的基础。
关键词：叉排，顺排，换热系数，来流速度目录一.实验原理 (1)1.1管束排列方式对换热系数的影响： (1)1.2来流速度对换热系数的影响： (2)二．实验装置及测量系统 (2)三．实验步骤 (3)四．实验数据计算方法 (4)五．试验结果分析 (6)5.1试验结果处理步骤（以50pa动压顺排方式为例） (6)5.1来流速度对换热系数的影响试验结果分析 (7)5.2管束排列方式对换热系数的影响验结果分析 (9)六.实验优缺点分析 (11)对流换热是传热学中最基本、最重要的研究领域之一，流体横掠管束管束时的对流换热其换热系数除受到管径影响外，还受到管距、管排数和排列方式的影响。
由于相邻圆管的影响，流体在管间的流动截面交叉减少，流体在管间交替加减速，管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加减速的程度，管束排列方式对换热系数h的影响比较明显。
本文将从管束的排列方式、空气来流速度的大小对换热系数的影响方面展开细致的讨论。
一.实验原理1.1管束排列方式对换热系数的影响：流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管距，管排数和排列方式也影响对流传热系数。
由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交叉的减少，流体在管间交替地加速和减速。
管距地大小影响流体流动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。
从第二排起，后排管子受第一排尾部涡流的的影响。
化工原理实验之对流传热实验
化工原理实验之对流传热实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ化工原理实验报告之传热实验学院学生姓名专业学号年级二Ο一五 年 十一月一、实验目的1.测定冷空气—热蒸汽在套管换热器中的总传热系数Ｋ; ２．测定空气或水在圆直管内强制对流给热系数；3.测定冷空气在不同的流量时,Ｎu 与Re 之间的关系曲线，拟合准数方程。
二、实验原理（1）冷空气-热蒸汽系统的传热速率方程为m t KA Q ∆=)ln(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆，11t T t -=∆,22t T t -=∆ )(21t t C V Q p -=ρ式中，Q —单位时间内的传热量，W ;A —热蒸汽与冷空气之间的传热面积,2m ,dl A π=; m t ∆—热蒸汽与冷空气之间的平均温差,℃或K K —总传热系数,)℃/(2⋅m W ;d —换热器内管的内直径,d =２0m ｍ l —换热器长度,l ＝1．3m ；V —冷空气流量,s m /3；pC 、ρ—冷空气密度，3/m kg 空气比热，kg J /；21t t 、—冷空气进出换热器的温度，℃； T —热蒸汽的温度,℃。
实验通过测量热蒸汽的流量V,热蒸汽进、出换热器的温度T １和T 2 （由于热蒸汽温度恒定,故可直接使用热蒸汽在中间段的温度作为T),冷空气进出换热器的温度t １和ｔ2,即可测定K 。
(2)热蒸汽与冷空气的传热过程由热蒸汽对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面对冷空气的对流传热三种传热组成,其总热阻为:2211111d h d d bd h K m ++=λ 其中,21h h 、—热空气，冷空气的给热系数，)℃/(⋅m W ；21d d d m 、、—内管的内径、内外径的对数平均值、外径，m ； λ—内管材质的导热系数，)℃/(⋅m W 。
在大流量情况下,冷空气在夹套换热器壳程中处于强制湍流状态,h2较大,221d h d 值较小;λ较大,md dλ1值较小，可忽略，即 1h K ≈（３）流体在圆形直管中作强制对流时对管壁的给热系数关联式为n m C Nu Pr Re '=。
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 。
强制对流换热系数的测定
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❖ 实验数据记录
➢ 测量系统图：单管的电流量通过标准电阻上的电压降来测量，热电偶测管内壁温，在离管端一定距离 处焊有二电压测点ａ、ｂ，经过分压箱测两点的电压降Vab，空气来流速度由毕托管通过倾斜式微压 计测量。
❖ 实验步骤 ➢ 联接并检查所有线路，确定无误后，将整流电源电压调节旋钮旋至零。然后打开风机调节风门、接通
Nu＝f(Re)
➢ 要通过试验确定Nu与Re的关系，就要求雷诺数Re有较大范围的变动才能保证求得的准则方程式的准确性。 改变雷诺数可以通过改变v及D来达到。也就是用不同直径的管子在不同的空气速度条件下进行试验，然 后将全部试验结果整理在一起求得换热准则式。
Nu
D
Re vD
❖ 实验装置 ➢ 试验装置为风源、单管换热试验段、低压直流电源、电位差计、倾斜式微压计、分压箱和转换开关。
❖ 实验数据记录
空气温度tf = 空气密度ρf= 电压降V1= 电压降V2= 来流动压△P= 来流静压P=
实验数据记录表
❖ 实验分析 ➢ 对流换热变化规律及表面压力变化有何联系？ ➢ 影响换热系数和压力分布的因素。
（二）空气横掠单管时平均换热系数的测定 ❖ 实验目的 ➢ 通过实验，掌握强制对流换热数据的整理方法。 ➢ 了解空气横掠单管时的换热规律。 ❖ 实验原理 ➢ 根据对流换热分析，流体横掠管子时的换热规律可以用准则关系式来表示： Nu＝f(Re，Pr) ➢ 对于空气，温度变化范围又不大，上式中的普朗特数变化很小，可作常数看待，则准则关系可简化为 ：
对流传热实验报告
一、实验目的1. 理解对流传热的基本原理和影响因素。
2. 掌握对流传热系数的测定方法。
3. 通过实验，验证对流传热理论，并分析实验数据。
二、实验原理对流传热是指流体（如气体或液体）在流动过程中，由于流体各部分之间的温度差异而引起的热量传递。
对流传热系数是描述对流传热能力的一个重要参数，其数值越大，对流传热能力越强。
实验中，采用套管换热器作为对流传热的实验装置，以环隙内流动的饱和水蒸汽加热管内空气。
水蒸汽和空气间的传热过程由三个传热环节组成：水蒸汽在管外壁的冷凝传热，管壁的热传导以及管内空气对管内壁的对流传热。
对流传热系数α可以通过以下公式计算：α = (Q/A) / (ΔT/L)其中，Q为管内传热速率，W；A为管内换热面积，m²；ΔT为管内流体进出口温度差，℃；L为管长，m。
三、实验器材1. 套管换热器：内管为紫铜管，外管为不锈钢管。
2. 水蒸汽发生器：用于产生饱和水蒸汽。
3. 空气压缩机：用于产生压缩空气。
4. 温度计：用于测量流体进出口温度。
5. 流量计：用于测量流体流量。
6. 计时器：用于记录实验时间。
四、实验操作（步骤）1. 将套管换热器安装在实验装置上，连接好水蒸汽发生器和空气压缩机。
2. 调节水蒸汽发生器和空气压缩机的参数，确保实验过程中流体流量稳定。
3. 测量并记录流体进出口温度、流量和管长等参数。
4. 开启水蒸汽发生器和空气压缩机，启动实验装置。
5. 在实验过程中，定时测量并记录流体进出口温度、流量和管长等参数。
6. 停止实验，整理实验数据。
五、数据记录与整理根据实验步骤，记录以下数据：1. 管内径di（m）2. 管长Li（m）3. 冷流体（空气）入口温度t1（℃）4. 冷流体（空气）出口温度t2（℃）5. 热流体（水蒸汽）温度（℃）6. 流量（m³/h）7. 时间（min）根据实验数据，计算对流传热系数α：α = (Q/A) / (ΔT/L)其中，Q为管内传热速率，W；A为管内换热面积，m²；ΔT为管内流体进出口温度差，℃；L为管长，m。
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。
实验三对流给热系数测定实验（空气-水蒸气体系）
实验三 对流给热系数测定实验（空气-水蒸气体系）3.1 实验目的1) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象；2）测定空气在圆形直管内强制对流给热系数和换热器总传热系数并随着流量的变化规律；3）掌握热电阻测温方法；4）掌握化工原理实验软件库（VB 实验数据处理软件系统）的使用。
3.2 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，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：V ρC P (t 2－t 1)＝α0A 0(T －T W )m ＝αi A i (t w －t)m （1—15） 式中：V 被加热流体体积流量，m 3/s ； ρ 被加热流体密度，kg/m 3； C P 被加热流体平均比热，J/(kg ·℃)；α0、αi 水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m 2·℃)；t 1、t 2 被加热流体进、出口温度，℃； A 0、A i 内管的外壁、内壁的传热面积，m 2； (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—16）(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 mw -----=- （1—17） 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—17）可得：m P Tw T A t t C V )()(0120--=ρα （1—18）mw P it t A t t C V )()(012--=ρα （1—19） 若能测得被加热流体的V 、t 1、t 2，内管的换热面积A 0或A i ，以及水蒸气温度T ，壁温T w1、T w2，则可通过式（1 —18）算得实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数α0；通过 式（1 —19）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数αi 。