强制对流换热系数的测定
对流给热系数测定实验报告
对流给热系数测定实验报告实验名称:对流换热系数的测量实验一、实验目的1.测量圆形水平直管外的水蒸气凝结换热系数α0和圆形水平直管内冷流体（空气或水）的强制对流换热系数αi2.观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况。
3掌握热电阻测温方法。
4掌握计算机自动控制和流量调节的方法。
5了解涡轮流量传感器和智能流量积算仪的工作原理和使用方法。
6了解电动调节阀压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。
7掌握化工原理实验软件库的使用。
二、实验装置流程图及实验流程简述2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水蒸汽自蒸汽发生器○9.阀门○ 8号污水排入沟渠。
水从阀门流出○4或电动调节阀○5、12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○冷流体水或来自由变频器○13.10进入套管式热交换器、涡轮流量计的内管○ 水或空气流量调节阀○ 加热后排入下水道或通风口。
三、简述实验操作步骤及安全注意事项空气-蒸汽系统1.开启电源。
依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。
1.调整手动调节阀○ 10以最大化空气量。
2.启动涡流空气泵○9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小3.排蒸汽管道的冷凝水。
打开阀○8.注意阀门○ 8不能开得太大，否则会有严重的蒸汽泄漏。
阀门○6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，4.调节蒸汽压力。
打开阀○蒸汽开始流入套管环空，并加热内管的外表面。
控制蒸汽压力稳定在0.02MPa，不超过0.05mpa，否则蒸汽不够用。
5.测量不同流量下的相应温度。
当巡检仪在控制面板上显示的11个温度、压力数据和智能流量积算仪显示的空气流量稳定时，记录所有温度、压力6，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的流量数据。
然后再调节阀○稳定的温度和压力数据，使共有3个实验点。
7和阀门○ 6、关闭仪器电源和主电源。
6.实验结束后，关闭蒸汽阀○水~水蒸汽系统操作步骤和方法与空气-蒸汽系统基本相同，只是冷流体由空气变为冷水，并且仍然选择了三个实验点。
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过实验测定管内强制对流传热膜系数，并掌握传热膜系数的测定方法和技术。
二、实验原理管内强制对流传热是指在管内流体中，由于流体的运动而产生的传热现象。
传热过程中，液体或气体与固体表面接触时，会因为温度差而发生传热。
在强制对流条件下，由于流体的动力作用，会增加固体表面附近的液体或气体的速度，从而增加了固体表面附近的换热系数。
本实验采用垂直放置的管道，在管道内通过水来进行强制对流传热。
通过测量水进出口温度差、水流量以及管道内壁温度差等参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
三、实验器材1. 垂直放置的导热试件2. 水泵和水箱3. 流量计和温度计等测试仪器四、实验步骤1. 将导热试件放入垂直放置的试件支架中，并连接好进出水管道。
2. 打开水泵，调整水流量，使其稳定在一定范围内。
3. 测量进口和出口水温，并计算出温度差。
4. 测量导热试件内壁的温度差。
5. 根据测量得到的参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
五、实验结果分析通过实验测量和计算，得到了不同条件下的管内强制对流传热膜系数。
根据实验结果可以发现，在相同的流速下，传热系数随着壁温度差的增大而增大。
这是因为在强制对流条件下，液体或气体与固体表面接触时，会因为温度差而发生传热。
当壁温度差增大时，液体或气体与固体表面接触的面积增大，从而增加了换热系数。
六、实验误差分析本实验中可能存在的误差主要来自于以下几个方面：1. 测量仪器误差：如温度计、流量计等仪器精度限制；2. 实验环境误差：如室内温度变化、水泵压力变化等；3. 实验操作误差：如读数不准确、流量控制不稳定等。
七、实验结论本实验通过测量水进出口温度差、水流量以及管道内壁温度差等参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
实验结果表明，在相同的流速下，传热系数随着壁温度差的增大而增大。
本实验为管内强制对流传热膜系数的测定提供了一种简单有效的方法和技术。
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
92 16.1 0.590 31 52
29 16.1 0.598 32 64
3
18 1.15 13.63 39 0.0271496 17.20 24.28 7.40 261.72
4
31 1.15 6.86 46.5 0.0277181 17.75 25.39 7.48 153.61
1
14 1.15 18.38 38 0.0270738 16.64 24.13 9.42 571.05
气流动压△P/Pa 参考值/A 实测值/A
134 20 20.0 0.369 30 45 第二组
工作电压U/V 气流温度tf/℃ 壁温tw℃
组别 物理量
过余温度tw-tf（℃） 气流密度（Kg/m3） 流速（m/s） 定性温度（℃） λm（w/m ℃） νm（×10 m /s） 导温系数a(×106m2/s) 发热量（W） 换热系数（w/m ℃）
强制对流换热系数的测定
组别 测量项目
外径d/m 放热管的尺 寸 工作 电流 长度l/m 面积F/m
2
第一组
第二组
1
2
0.00633 0.1
3
4
1
2
0.005 0.1 0.0015708
0.001988633 195 24.9 0.556 28 46 135 25 24.9 0.557 29 50 第一组 24.9 0.558 29 52 24.9 0.571 29 67 20.0 0.368 30 43 102 29 192
4
38 1.15 7.09 48 0.0278318 18.15 25.61 14.22 188.15
1
13 1.15 18.26 36.5 0.0269601 16.95 23.91 7.36 360.42
换热的知识
烧坏放热管 )，重复步骤3、4、5 。 8．实验结束，关闭电源，片刻后关闭风机及风门，
仪器仪表归位。
五．实验结果处理
表10-1 实 验 数 据 记 录 表
测量项目
放热 管的 尺寸
外径d 长度l 面积F
工况编号
单位
第一组
第二组
第三组
m
m 0.1
管中及稳态热流条件下，换热规律可表述为
Nu = f ( Re , Pr )
（10-2）
式中，
Nu d
—— 努谢尔特数（准则）。由于Nu数中含有换热系数，故 又称无因次换热系数，表征对流换热的强烈程度；
Re
Wd
Pr
a
—— 雷诺数（准则）。是强制对流的一个重要的已定相似 准则；
—— 普朗特数（准则）。表征动量传递热 量传递的相似程度；
⑶ 在双对数坐标纸上画出Nu - Re曲线，并点绘出各实验点 用Excel也可作图，用数据绘图结果如下。用Excel添加趋
势线的方法，可以直接给出 Nu - Re 对应的方程。
logNu
2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0
2.5
y = 0.6236x - 0.6645
3.0
3.5
4.0
4.5
logRe
武汉理工大学*材料科学与工程学院
影响因素分析
1．本实验装置包括测风速和测温度两个系统。测风速系 统使用一支毕托管测定风道内某一点处的风速。所以要求风 道中各点处的风速均匀，否则测得的风速不具代表性，影响 实验数据处理的准确。
2．本实验属稳定态传热，但由于加热系统没有稳压装置， 所以换热管表面温度难免有些波动，对测量结果有较大的影 响。
空气横掠圆柱强制对流换热--传热学
北京科技大学机械工程学院空气横掠圆柱的对流换热实验（一）实验目的 1. 了解空气横掠圆柱体的对流换热系数的实验测定方法 2. 测定圆柱体的对流换热系数 h 3. 根据对强制对流换热现象的相似分析，整理出准则方程式 （二）实验原理 在实验中，利用直流稳压电源对圆柱体进行加热，并通过风机对其冷却。
待 圆柱体达到热平衡后，根据牛顿冷却公式有Q conv = hA(Ts − T∞ )i上式中 Q conv 为对流换热量，考虑到圆柱体对外界的散热由对流换热和辐射换 热两种形式，因此Q conv = Q − Q radi ii上 式 中 Q 为 电 加 热 功 率 ， Q rad 为 辐 射 换 热 量 。
辐 射 换 热 量 可 由Q rad = εσ A(TS 4 − T∞ 4 ) 确定，因此，对流换热系数可由下式计算得到h = [Q / A − εσ (TS4 − T∞4 )] /(TS − T∞ )iih-对流换热系数， W / m 2 ⋅ °C ；Q-电加热功率， W ；A-对流换热面积， m 2 ；ε -圆柱体表面黑度； σ -黑体辐射系数， 5.67 × 10−8W / m 2 ⋅ K 4 ；TS -圆柱体表面温度， K ；T∞ -室内空气温度， K ； 在忽略辐射换热的前提下（本实验中辐射换热量较小，可忽略） ，上式可简化为h= Q A(TS − T∞ )根据相似理论，对于空气横掠物体的对流换热，努塞尔数 Nu 是雷诺数 Re 和普朗特数 Pr 的函数，并可表达为Nu = C Re n Pr m对于空气，普朗特数 Pr 在一定温度下为常数，故上式可简化为Nu = C Re n其中 c 、n 是通过实验确定的常数。
努塞尔数 Nu 和雷诺数 Re 的表达式分别为第 2 页 共 6 页Nu =hD kfRe =V∞ DνD-圆柱体的直径，m；k f -空气的热导率，W / m ⋅°C ；V∞ -空气的来流速度，m / s ；ν -空气的运动粘度， m 2 / s在实验中改变空气的来流速度，就能得到不同的准则数，对式 Nu = C Re n 取 对数，即得lg Nu = lg C + n lg Re将实验中得到的 Nu、Re 的值代入上式中，便可确定 c 、n。
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。
对流传热系数的测定实验指导书
对流传热系数的测定实验指导书1 训练目的：1．1熟悉换热装置中的各种设备及名称、各类测量仪表及名称、控制阀门的作用、冷热流体进出口位置等。
1．2了解换热器的结构，掌握对装置的试压、试漏等操作技能。
1．3掌握传热系统的流程和开、停车步骤及常见事故的处理方法。
1．4学会对流传热系数的测定方法。
1．5测定空气在圆形直管内（或螺旋槽管内）的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关系式。
1．6了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。
2．实验内容：测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进出口温度，求得空气在管内的对流传热系数。
3 基本原理3．1准数关系式对流传热系数是研究传过程及换热性能的一个很重要的参数。
在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，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流传热所组成。
由单位传热速率议程式知，单位时间、单位传热面积所传递的热量为q=K（T－t）而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示q=a h·（T－T wl）或q=a·（t w2－t）式中q—传热量，W/℃；a—给热系数，W/㎡；T—热流体温度，℃；t—冷液体温度，℃；T w1、t w2—热冷液体的壁温，℃；下标：c—冷侧面h—热侧由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各种因素下对流传热系数的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方块字程。
在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系数的变化规律可用如下准数关联式表示N u=CR e m P r n=ad/λR e=duρ/µ=dw/AμNμ—努塞尔特准数；Re—雷诺准数；P r—普兰特准数；w—空气的质量流量，㎏/s；d—热管内径，m；A—换热管截面积，㎡；μ—定性温度下空气的粘度，P a·S；λ—定性温度下空气的导热系数，W/（m·℃）；a—对流传热系数，W/（㎡·℃）；当流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。
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精品课件！
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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 ：
强制对流换热系机玻璃制成，中间横置可旋转的圆柱体，其中段周向包覆一不锈钢片，其内表面放置 了热电偶，在热电偶相同角度处开有一小测压孔，将圆柱体转到不同φ角位置，就可测出不同角度处 表面温度和空气的压力。
➢ 测量系统图：不锈钢片的电流量通过标准电阻上的电压降来测量。热电偶测片壁温。将热电偶毫伏值， 标准电阻上的电压降及片二端的电压降，经一转换开关及分压箱输出一低压信号，由电位差计测量各 值，空气沿柱面的压力和来流速度由毕托管均通过倾斜式微压计测量。
❖ 实验步骤 ➢ 联接并检查线路，确定无误后，打开风机，调节风门在适当位置，旋转圆柱体使测温点和测压孔处在
来流前驻点位置。
➢ 将整流电源电压调节旋钮旋至输出电压零位，然后接通整流电源，并逐步提高输出电压，对不锈钢片 加热。为保证不至于损坏试件。不锈钢片表面温度大约控制在80℃以下。
➢ 待热稳定后开始测量，以前驻点（φ＝0°）到后驻点（φ＝180间隔5°作一测量点。用电位差计测出 各点的温差电势值E＝（t－tf）。用微压计测出相应的气流沿表面的压力值Pφ，每旋转一角度，需待稳 定后再测量。测量可沿圆柱的一半进行，但作为对称检验可待一半测量结束后，对另一半选几点复测。 测量过程中加热电流和电压变动较小，可选几组数据。
实验数据记录表
❖ 实验分析 ➢ 来流速度与管子外径对α有何影响。 ➢ 分析单根圆管的换热规律。
谢谢！