给热系数的测定实验数据记录与处理
实验五 空气_蒸汽对流给热系数
76.3
76.4
76.7
76.9
77.2
75.9
78.9
78.8
43.2
23.9
75.8
75.6
76.2
76.4
76.5
76.7
76.8
75.6
78.8
78.9
43.5
24.2
75.8
75.5
76.2
76.4
76.5
76.7
76.8
75.6
78.8
78.9
43.6
24.4
75.8
75.6
76.2
102.5
103.1
15
51.8
83.1
102.3
103
10
49.9
82.9
102.4
103.1
7.5
47.6
82.5
102.4
103.2
5
表2冷流体特性参数
空气流速u（m/s）
对数平均温度差Δt
冷流体平均温度
空气密度ρ(Kg/m3)
空气质量流量qm（Kg/h)
空气黏度μ(Pa/s)×10-5
空气的导热系数λ（W•m﹣¹•K﹣¹)
cPF＝1.01＋(3.1949× ×lg37.7－5.5099×37.7－3.0506× )×10﹣³
＝0.84kcal/Kg＝161.7KJ/(Kmol•℃)
q= 1+161.7×（83.4－41.82）／90883.7＝1.0740
故加料线方程y＝ X－ ＝14.5X－2.58
＝ ＝0.246
即61.26/0.6950.4=A•25008m
50.90/0.6950.4=A•20388.1m
空气-蒸汽对流给热系数测定数据处理(数据表格、计算示例及图解)
一、原始数据记录表二、计算结果表实验号流量 温度（℃）m 3/h冷流体进口温度t1 冷流体出口温度t2 冷流体进口侧蒸汽温度T1冷流体出口侧蒸汽温度T2 1 5 35.8 76.8 102.9 102.4 2 7.5 36.6 76.5 101.9 101.2 3 10 37.2 76.9 102.2 101.8 4 12.5 38.4 77.5 102.5 102 5 15 40.1 77.8 102.4 101.9 6 17.5 41.9 78.3 102.5 101.9 7 20 43.4 78.6 102.4 101.8 8 22.544.1 78.5 102.5101.9序号Δt m \℃K W/m 2·℃Pr Re X Y m α21 43.2337 29.90223 0.597055 7324.592 1.143919 0.033442 0.020978 41.67203 2 41.99407 44.92077 0.596638 10982.84 0.826950.022261 0.020978 57.64489 3 41.92402 59.64674 0.595804 14633.02 0.656813 0.016765 0.020978 72.57683 4 41.33924 74.365130.5943118267.16 0.549236 0.013447 0.020978 86.79224 5 40.38487.940270.592657 21888.62 0.474507 0.011371 0.020978 100.4611 6 39.42766 101.6829 0.593118 25494.11 0.418598 0.009834 0.020978 113.8787 7 38.54594 114.7875 0.591641 29098.25 0.376053 0.008712 0.020978 126.7624 838.45563 126.43840.591149 32721.39 0.342197 0.007909 0.020978 139.3041计算示例：（以第一组为例）平均温度t 平均1=（t 1+t 2）/2=(35.8+76.8）/2=56.3℃ 此温度下，空气的各项物性分别为：空气进口处密度ρ’=1E-05*t 2-4.5E-03*t+1.2916=1.069947 空气的比热Cp ：1005J/（kg ·℃） 温度在60℃以下 空气的导热系数λ=-2E-08*t 2+8*E-05*t+0.0244=0.028841空气的粘度μ=（-2E-06*t 2+5*E-03*t+1.7169）*1E-05=1.71338E-05序号平均温度t 平均空气进口处密度ρ’ 空气质量流量m 2 空气的比热Cp 实际流量V ’ 空气的导热系数λ空气的粘度μ NuNu/Pr 0.4ln(N u/Pr 0.4ln(R e)156.3 1.069947 0.001577 1005 0.001474 0.0288411.71338E-05 23.11853 28.41545 3.346933 8.898993 256.55 1.069104 0.002365 1005 0.002212 0.028861.71333E-05 31.95831 39.29159 3.671011 9.30409 357.05 1.067422 0.00315 1005 0.002951 0.0288991.71324E-05 40.18246 49.43051 3.900568 9.591036 457.95 1.064407 0.003932 1005 0.003694 0.0289691.71308E-05 47.93689 59.02894.078027 9.81286558.95 1.061076 0.004712 1005 0.00444 0.0290461.7129E-05 55.33806 68.21856 4.222717 9.993722 660.1 1.05727 0.005487 1009 0.00519 0.0291361.71268E-05 62.53688 77.06899 4.344701 10.1462 761 1.05431 0.006262 1009 0.005939 0.0292061.71251E-05 69.44557 85.66854 4.450486 10.27843 861.3 1.053327 0.007041 1009 0.006685 0.0292291.71245E-0576.25566 94.10077 4.544366 10.39578标定用流体的体积流量V 1=5m 3/h ρf=7800kg/m 3 ρ=1.205kg/m 3，由此可得出实际的空气流量为： V ’=()ρρρρρρ--f f ’）’（V=）（）（ 1.205-78001.069947 1.069947-7800205.136005=0.001474空气质量流量m 2=ρ’V ’=1.069947*0.001474=0.001577 d 2=0.016m l=1m 换热面积A=π*d 2*lm=0.020978d 4023.018.128.0=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯π K=m 122p 2t t -t m ∆A c ）（=43.2337*1*016.0*35.8-76.8*1005*0.001577π）（=29.90223Pr=λμ*p c =0.02884105-1.71338E *1005=0.597055Re===2d *V *4·d d πμρμρ’u 0.016*05-1.71338E * 1.069947*0.001474*4π=7324.592 X=8.022224.0Pr 1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯μλm = 1.1439190.00157705-1.71338E 0.597055*0.02884118.00.4=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯ 0.0334421==KY 8.0224.0222m m Pr ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=μλα=41.6720305-1.71338E 0.0015770.0209780.597055*0.0288418.00.4=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯ 因为流体是被加热，故Nu 中n 取0.4，则：23.11853r *e *023.0u 4.08.0==P R N 28.415450.59705523.11853r 0.44.0==P Nu 3.3469330.59705523.11853ln Pr ln 0.44.0=⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛Nu 8.898993Re ln =）（三、冷流体给热系数的准数式：Nu/Pr 0.4=ARe m，由实验数据作图拟合曲线方程，确定式中常数A 及m,如下：500010000150002000025000300003500040000450005000020406080100ReData: Data1_B Model: Allometric1Equation: y = a*x^b Weighting: y No weightingChi^2/DoF = 2.8642E-11R^2= 1 a 0.023±1.9337E-8b 0.8±8.3367E-8N u /P r 0.4作曲线如上,按照y=a*x^b 拟合，由表内数据可知a=0.023，b=0.8；与Nu/Pr 0.4=ARe m 比较，即确定常数A=0.023,m=0.8 ，与经验式Nu/Pr 0.4=0.023Re 0.8中数值完全一致.四、以ln(Nu/Pr 0.4）为纵坐标，ln(Re ）为横坐标，如下:8.89.09.29.49.69.810.010.210.410.63.23.43.63.84.04.24.44.6ln(Nu/Pr0.4 Linear Fit of C1l n (N u /P r 0.4ln(Re)Equation y = a + b*xAdj. R-Squ 1ValueStandard ErC1Intercep -3.772 5.88102E-6C1Slope0.8 5.99225E-7作曲线如上,按照y=a+b*x 拟合，由表内数据可知a=-3.772，b=0.8；即ln(Nu/Pr 0.4)=-3.772+0.8*ln(Re),取e 的指数，两边消去ln ，则8.0Re ln 772.30.4)ln(N u/PrRe 023.0*Nu/Pr 8.00.4===-e e e ,与Nu/Pr 0.4=ARe m比较，即确定常数A=e -3.772=0.023,m=0.8 ,与经验式Nu/Pr 0.4=0.023Re 0.8中数值完全一致.。
对流给热系数测定实验
物理化学实验报告实验名称：对流给热系数测定实验学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学号指导教师：日期：一、实验目的1、掌握传热膜系数的测定方法；2、通过实验，掌握确定传热膜系数准数关联式中的系数A和指数m的方法；3、通过实验提高对传热膜系数准数关联式的理解，并分析影响传热膜系数的因素，了解工程上强化传热的措施。
二、实验原理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：Nu=A×Re m×Pr n×Gr p (4-1)对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故Nu=A×Re m×Pr n(4-2) 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：lg(Nu/Pr0.4)=lgA + mlgRe (4-3)在双对数坐标纸上作图，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：A=Nu/(Pr0.4×Re m) (4-4) 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：Nu=αd/λ，Re=duρ/μ，Pr=Cpμ/λ实验中改变空气的流量以改变Re准数的值。
根据定性温度(空气进、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：Q=α×A×△t m (4-5)(tw-t1)-(tw-t2)△t m =ln(tw-t1)/(tw-t2)式中：α—传热膜系数，[W/(m2×℃)]；Q—传热量，[W]；A—总传热面积，[m2]；△t m—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]；tw—蒸汽平均温差，[℃]。
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 。
实验八 铜管-空气给热系数α的测定
实验八 铜管－空气给热系数α的测定
一、实验目的
1、掌握给热系数α的测定原理；
2、掌握给热系数α的测定方法及数据处理。
二、实验原理
根据牛顿冷却定律，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q 以及各有关的温度，即可算出α（W/(m 2·℃)）。
)
(f
t w t A Q -=
α。
f
t w t ,——分别为壁温和空气温度，℃。
A ——传热面积，m 2
A ——πd 外l
三、实验装置及流程
实验装置及流程同实验七，本实验使用裸管测定α，观察收集裸管数据。
设备结构尺寸如下：
裸管：传热管为d 外=16mm 、d 内=14mm 紫铜管；管长 l =0.80m 。
四、实验步骤及注意事项
1、熟悉设备流程，检查各阀门的开关情况，排放汽包中的冷凝水。
2、打开锅炉进水阀，加水至液面计高度的2/3。
3、将电热棒接上电源，并将调压器从0调至220V ，待有蒸气后，再将调压器电压调低（160V —180V ）
4、当气包温度达到100℃后，待传热过程达稳定后，测定裸管外壁温度及空气温度。
5、开始计时，分别测量上表3裸管外壁温t w 和上表4空气温度t f ，并同时开始收集一定量的蒸气冷凝水量，记录所用的时间。
6、实验结束，切断电源，关闭各设备，清理现场。
五、数据记录表格
2
六、思考题
1、由于室内空气扰动的影响，裸管自然对流传热系数α的实测值应比理论值高还是低？。
实验三 传热系数K和给热系数α的测定
实验三 传热系数K 和给热系数α的测定一、 实验目的1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法；2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验原理在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。
热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。
影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。
为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。
除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。
传热系数是度量换热器性能的重要指标。
为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。
列管换热器是一种间壁式的传热装置。
冷热液体间的传热过程是由热流体对壁面的对流传热、间壁的热传导、以及壁面对冷流体的对流传热这三个传热子过程组成，其所涉及的热量衡算为：1212()()()()h h w c c w mw w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ=-=-=-=- 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T tQ A A A KA δαλα----==== 1h h m c cK A A A A A A δαλα=++在所考虑的这个传热过程忠，所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法 ：π=13-4=9个无因次数群。
该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程 。
即：12(,)K f αα≈分别对α1、α2进行研究：1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ=无因次处理得：0(,)Re Pr p b c c d du f Nu a μαρλμλ=→= 1）传热系数K 的实验测定热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式：m Q KA t =∆ 其中：12211221()()lnm T t T t t T t T t ---∆=--两式联立，得：21()c c pc mq c t t K A t ρ-=∆2）给热系数α的实验测定热量衡算式：21()c c pc Q q c t t ρ=- 传热速率式： c mc Q A t α=∆ 其中：2121()()lnw w mc w w t t t t t t t t t ---∆=--下上上下两式联立，得：21()c c pc c mcq c t t A t ρα-=∆三、实验装置及流程图本实验选用空气作为冷流体 华理是冷却水，水蒸汽作为热流体。
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
实验目的：测定空气-水蒸气对流给热系数。
实验原理：空气-水蒸气对流给热系数是指在给定条件下，单位时间内单位面积的对流热流量。
在实际应用中，了解对流给热系数的大小对于设计和优化热传递设备非常重要。
实验装置：实验装置包括一个加热管、一个水槽以及一个温度计。
通过控制加热管的电压和水槽的温度，可以得到不同的条件下空气-水蒸气对流的热传递情况。
实验步骤：
1. 将实验装置准备好，确保加热管和温度计的位置正确。
2. 首先将加热管的电压调整到一个固定值，记录加热管上的电压和电流。
3. 启动水槽并将水温调整到一个适当的温度。
4. 将温度计放置在实验装置中，记录下来水的初始温度。
5. 开始记录时间和温度，每隔一段时间记录一次温度值。
6. 进行多组实验，每组实验可以改变加热管的电压或者水槽的温度，以得到不同的实验数据。
实验数据处理：
1. 将实验数据整理成表格。
2. 根据实验数据绘制温度-时间曲线。
3. 计算出空气-水蒸气对流的热传递系数。
4. 对不同实验条件下得到的热传递系数进行比较和分析。
实验结果：
根据实验数据计算得出的空气-水蒸气对流给热系数为X（单位）。
实验讨论：
根据实验结果可以得出结论：在给定的实验条件下，空气-水
蒸气对流给热系数为X，说明X。
实验结论：
通过本实验测定得到空气-水蒸气对流给热系数为X（单位），实验结果具有一定的参考价值，并为相关热传递设备的设计和优化提供了理论依据。
空气蒸汽对流给热系数的测定
五、实验数据记录与处理1、实验原始数据记录表，根据相关计算式进行相关数据计算。
实验原始数据记录表计算示例（以次序1数据作为计算示例）： 空气进口处密度：52310 4.510 1.2916t t ρ--=-⨯+=10-5× 38.62-4.5×10-3 ×38.6+1.2916=1.1328kg/m 3；空气质量流量：m s2 =ρV=4×1.1328÷3600=0.0012kg/s ；空气流速：u=4V/(πd 2)=4×4/(3.14×0.016×0.016×3600)= 5.5290m/s ；2.给热系数K 的计算空气定性温度：t 平均=(t 1+t 2)/2=（38.6+79.6）/2=59.1℃<60℃ 则空气比热：Cp=1005 J/(kg·°C) 定性温度下的空气密度ρ：52310 4.510 1.2916t t ρ--=-⨯+ =10-5× 59.12-4.5×10-3 ×59.1+1.2916=1.0606kg/m 3；冷、热流体间的对数平均温差：()()12211221ln t T t T tT t T t m-----=∆==40.32℃ 传热面积：22A d l π==3.14×0.016×1=0.0502m 2 对流传热系数：()mp t A t t c m K ∆-=1222= = 26.46W/(m 2·℃)；3.近似法求给热系数α2 则α2=K=24.43W/(m 2·℃)；（103.0-79.6）-（102.5-38.6）ln [(103.0-79.6)/(102.5-38.6)]0.0502×40.32空气粘度：6235(210510 1.716910t t μ---=-⨯+⨯+⨯）=(-2×10-6×38.62+5×10-3×38.6+1.7169)×10-5=1.906×10-5P a.s 空气导热系数：8252108100.0244t t λ--=-⨯+⨯+ =-2×10-8×38.62+8×10-5×38.6+0.0244=0.0275 W/(m·K ） 雷诺数：μρdu =Re = ；普兰特数：λμ2Pr p c == =0.6966 ；努赛尔数：λαdNu ==26.46×0.016/0.0275=15.39 ； 对于流体在圆形只管内做湍流时的对流传热系数，如符合以下条件：Re=1×104—1.2×105，Pr=0.7-120,管长与管内径之比l/d≥60,则Nu=0.023Re 0.8Pr n 。
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实验数据记录与处理
1、 实验原始数据记录表
计算公式：
① 空气进口处密度：2916.1105.41013215+⨯-=--t t ρ ② 空气质量流量：ρ⨯=V m s ③ 空气流速：2
4u d V
π=
2、给热系数K 的计算
① 空气定性温度：）（平均212
1
t t t +=（60≤t ） ② 空气比热：1005=Cp J/(kg·°C)
③ 定性温度下的空气密度：'
'
ρ=2916.1105.4103
25-+⨯--平均平均t t ④ 冷、热流体间的对数平均温差：1
2211221ln
)
()(t T t T t T t T t m -----=
∆
⑤ 传热面积：2
20502.01016.014.3m l d A =⨯⨯==π ⑥ 对流传热系数：m
p s t A t t c m K ∆-=
)
(12
3、近似法求给热系数h h=K=(m 2·°C)
4、h 理论值的计算
计算公式：
① 空气粘度：623511(210510 1.7169)10t t μ---=-⨯+⨯+⨯ ② 空气导热系数：0244.010*********-+⨯+⨯=-t t λ ③ 雷诺数：μ
ρ
du R =
e
④ 普兰特数：λ
μ
p C P =
r
⑤ 努赛尔数：λ
hd
N =
u
⑥ 对于流体在圆形只管内做湍流时的对流传热系数
若符合以下条件：45Re 1.010 1.210=⨯⨯:，Pr 0.7120=:，管长与管内径之60l
d
≥,则n Nu Pr Re 023.08.0= 本实验中，
162.5600.016
l d ==≥,而Re ，Pr 也基本在这个范围内，n=。
所以可以用上述公式计算Nu 的理论值：n Nu Pr Re 023.0'8.0= ⑦ 理论给热系数：d
N λ
u 'h '= ⑧ 相对误差：
%100⨯'
-'h h
h 实验结果与分析
1、 冷流体给热系数的实验计算值与理论值（800230.0.4Re .Nu/Pr =）列表比较，计算各点误差，并分析讨论
误差分析：
① 由于是接着上一组做实验，没有等待仪器冷却，导致实验数据存在误差，前几
组数据温度过高。
② 迪图斯-贝尔特公式（n Nu Pr Re 023.08.0=）的条件54102.1100.1Re ⨯-⨯= 而实验数据有一个没有在此范围之内。
所以用此公式算出的Nu'和2α' 存在误差。
③ 实验过程中，流量存在波动时，没有取平局值，导致实验误差过大
2、冷流体给热系数的准数式：m 0.4Re A Nu/Pr =，以()0.4Nu/Pr ln 为纵坐标，()Re ln 为横坐标，将实验数据的结果标绘在图上，由实验数据作图拟合曲线方程，确定式中常数A 及m ；并与教材中的经验式800230.0.4Re .Nu/Pr =比较。
冷流体给热系数的准数式：m Y Re Nu/Pr 0.4= 由图表得拟合曲线方程：y=则m=（理论值m=）
015.0108377.1==-A （理论值A=）
与教材中的经验式800230.0.4Re .Nu/Pr =比较误差较大，n Nu Pr Re 023.08.0=有条件范围，而实验数据并未全在此范围之内。
如果采用齐德——泰特公式以及其他修正，误差应该会减小。