实验五套管换热器传热实验实验报告数据处理
实验五 套管换热器传热实验
实验五 套管换热器传热实验实验学时： 4 实验类型：综合实验要求：必修 一、实验目的通过本实验的学习，使学生了解套管换热器的结构和操作方法，比较简单内管与强化内管的差异。
二、实验内容1、测定空气与水蒸汽经套管换热器间壁传热时的总传热系数。
2、测定空气在圆形光滑管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
3、测定空气在插入螺旋线圈的强化管中作湍流流动时的对流传热准数关联式。
4、通过对本换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法。
三、实验原理、方法和手段两流体间壁传热时的传热速率方程为 m t KA Q ∆= （1）式中，传热速率Q 可由管内、外任一侧流体热焓值的变化来计算，空气流量由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成的空气流量计来测定。
流量大小按下式计算：10012t t PA C V ρ∆⨯⨯⨯=其中：0C —孔板流量计孔流系数，0.65；0A —孔的面积，2m ；（可由孔径计算，孔径m d 0165.00=） P ∆—孔板两端压差，kPa ；1t ρ—空气入口温度（即流量计处温度）下的密度，3/m kg 。
实验条件下的空气流量V （h m /3）需按下式计算：11273273t t V V t ++⨯=其中：t —换热管内平均温度，℃；1t —传热内管空气进口（即流量计处）温度，℃。
测量空气进出套管换热器的温度t ( ℃ )均由铂电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。
管外壁面平均温度W t ( ℃ )由数字温度计测出，热电偶为铜─康铜。
换热器传热面积由实验装置确定，可由（1）式计算总传热系数。
流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为：),,(d l P R f Nu r e =对于空气，在实验范围内，r P 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对Nu 准数的影响很小，故Nu 准数仅为e R 准数的函数，因此上述函数关系一般可以处理成：me R B Nu ⋅=式中，B 和 m 为待定常数。
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=。
实验五：传热实验
化工原理实验报告实验名称：传热系数的测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工09－5班姓名：陈茜茜学号09402010501 同组者姓名：陈俊燕孙彬芳陈益益指导教师：周国权日期：2011年10月20日一、 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αi ；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 值；4、掌握热电阻测温的方法。
二、 实验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）：()()m W 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空气在管内的对流传热系数（传热膜系数）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，℃；A 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 tt 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，℃。
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 i =A ·Re i m ·Pr i n取n=0.4(流体被加热)。
传热实验实验报告数据处理
传热实验实验报告数据处理传热实验实验报告数据处理一、实验目的本次传热实验的目的是通过测量不同材料和不同几何形状的物体在稳态条件下的温度分布，了解传热过程中各种因素对传热速率和传热方式的影响。
二、实验原理本次实验采用导热板法进行测量，即在物体表面放置一块导热板，通过测量导热板两端的温度差来计算物体表面的温度分布情况。
导热板法适用于固体材料，其原理是利用物质内部分子间相互作用力使能量自高温区向低温区传递。
当物质内部达到稳定状态时，能量自然会达到平衡状态。
三、实验步骤1. 准备工作：将所需材料（如铜、铝、钢等）制成不同几何形状（如圆柱形、球形等）。
2. 将导热板放置在试样表面，并记录下导热板两端的温度差。
3. 重复步骤2，直至记录到试样表面各点的温度差。
4. 对于每个试样，重复步骤2-3，记录不同时间下的温度分布情况。
5. 根据实验数据计算出不同试样的导热系数和传热速率。
四、实验数据处理1. 温度差计算：将导热板两端的温度差值除以导热板长度得到温度梯度。
例如，若导热板长度为L，两端温度分别为T1和T2，则温度梯度为(T2-T1)/L。
2. 传热速率计算：根据实验数据可得到试样表面各点的温度分布情况，利用傅里叶传热定律计算出传热速率。
公式如下：q=-kA(dT/dx)其中，q表示单位时间内通过物体某一截面的能量流量，k表示物体的导热系数，A表示截面积，(dT/dx)表示温度梯度。
3. 导热系数计算：根据传热速率公式可得到物体的导热系数。
公式如下：k=qL/(AΔT)其中，q表示单位时间内通过物体某一截面的能量流量，L表示能量流动方向上的长度，A表示截面积，ΔT表示两端温差。
五、实验结果分析根据实验数据处理结果，我们可以得到不同材料和几何形状的物体的导热系数和传热速率。
通过比较不同物体的导热系数和传热速率，可以得出以下结论：1. 不同材料的导热系数存在差异，一般来说金属类材料的导热系数较高。
2. 不同几何形状的物体传热速率也存在差异，一般来说球形物体传热速率最快。
传热综合实验
页脚内容1实验五 传热综合实验一、实验目的1.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α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方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
2.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=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。
二、实验内容1. 测定5～6个不同流速下普通套管换热器的对流传热系数i α，对i α的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
2.测定5～6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数i α，对i α的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值。
3.同一流量下，按实验1所得准数关联式求得Nu 0，计算传热强化比Nu/Nu 0。
三、实验原理（一） 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 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，用实验来测定。
因为i α<<o α ,所以： （W/m 2·℃） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —换热器传热速率，W ；S i —管内换热面积，m 2； mi t ∆—对数平均温差，℃。
()i mi i i i S t Q K ⨯∆=≈/α页脚内容2对数平均温差由下式确定： 式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；T w —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，用T w 来表示，管外为蒸汽冷凝，因此，将壁面平均温度近似视为蒸汽的温度，且保持不变。
传热面积(内)：i i i L d S π= 式中：d i —传热管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
传热实验数据处理完整版
空气平均流速utm（m/s)
空气在平均温度时的物性
ρm(kg/m3)
μm*10^5(Pa·s)
λm*10^2(W/m·℃）
Cp(kJ/kg·℃）
空气进出口温度之差t2-t1(℃)
26
壁面和空气的温差tw-tm（℃）
空气得到的热量Q（kW）
空气侧对流传热系数αi(W/m2.℃）
Re
Nu
Pr
Nu/(Pr^
Nu0
Nu/Nu0
图三
图四
图五
空气平均流量Vtm(m3/h)
空气平均流速utm（m/s)
空气在平均温度时的物性
ρm(kg/m3)
μm*10^5(Pa·s)
λm*10^2(W/m·℃）
Cp(kJ/kg·℃）
空气进出口温度之差t2-t1(℃)
36
壁面和空气的温差tw-tm（℃）
空气得到的热量Q（kW）
空气侧对流传热系数αi(W/m2.℃）
Re
Nu
Pr
Nu/(Pr^
Nu/(Pr^
图一
图二
表二
强化套管换热器数据
传热管内径：18mm传热管有效长度：1m冷流体：空气 热流体：水蒸气
序号
1
2
3
4
5
6
空气流量读数P(kPa)
空气入口温度t1(℃)
空气出口温度t2(℃)
壁温tw(℃)
空气在t1时的密度ρt1(kg/m3）
空气平均温度tm（℃）
空气在入口处流量Vt1(m3/h)
传热实验数据处理
五、实验数据记录及处理
表一
简单套管换热器数据
传热管内径：18mm传热管有效长度：1m冷流体：空气热流体：水蒸气
套管换热器传热实验实验报告数据处理
套管换热器传热实验实验报告数据处理我们组做的是实验I :1， Q=m s1c 1 △t 1求K 得先求QQ=m s 1C 1△t 1 ,其中，C 1=所以得先求m s 1 , C 1， △t 1,◇1m s1=V s1ρ 要得求V s1，V s1=u 1A ，V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2）-gR C 0为空流系数，C 0=0.855,A 0为空口面积，A 0的计算方法如下：A 0 =π4d 02, d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×（20.321000 ）2=3.243293×10-4 m 2R 为压计差读数A=π4 d 2,d 为内管内径=20mm ， 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1，◇2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值，然后用内插法求得对应平均温度对应的的C 1值◇3求△t 1=t△t 1,=t=t 1+ t22t 1 为进口温度 t 2 为出口温度进口温度t 1的求解方法由热电偶中的电位Vt ，按照公式求[]2000000402.00394645.0t t V E t t++=得Et ，再由852.4901004.810608.1105574.1543-⨯⨯+⨯=---tE t 求得t 1值出口温度t 2的求解方法由热电偶中的电位Vt ，按照公式[]2000000402.00394645.0t t V E t t++=求得Et ，再由852.4901004.810608.1105574.1543-⨯⨯+⨯=---tE t 求得t 2值由以上步骤求出 Q2 ，由Q=KA △t m 求出K 值 K=QA △t mQ 由第一步已经求出，A 为内管内径对应的面积，A=2πrL ,r=17.8mm=0.0178 m,A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ，Nu流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为：(,,)lNu f Re Pr d=对于空气，在实验范围内，Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对 Nu 的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成：m Nu aRe =式中，a 和 m 为待定常数。
换热器综合实验报告
换热器综合实验报告机械换热综合实验报告换热器性能测试试验，主要对应⽤较⼴的间壁式换热器中的三种换热：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器进⾏其性能的测试。
其中，对套管式换热器和、板式换热器可以进⾏顺流和逆流两种流动⽅式的性能测试，⽽列管式换热器只能作⼀种流动⽅式的性能测试。
实验装置控制⾯板如图1：换热器性能试验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动⽅式，不同⼯况的传热情况和性能进⾏⽐较和分析。
⼀、实验⽬的1、熟悉换热器性能的测试⽅法；2、了解套管式换热器，板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别；3、加深对顺流和逆流两种流动⽅式换热器换热能⼒差别的认识；⼆、实验装置本实验装置采⽤冷⽔可⽤阀门换向进⾏顺逆流实验；如⼯作原理图2所⽰。
换热形式为热⽔—冷⽔换热式。
T2加热⽔箱1500W=3个排⽔阀流量调节阀板式加⾃来⽔冷⽔箱T45路冷⽔出温度T34路冷⽔进温度列管换热器板式换热器列管排⽔阀流量调节阀列管板式1路热⽔进温度T13路涡轮流量计流量套管出⽔压⼒进⽔压⼒套管换热器开逆流开顺流开顺流开逆流进⽔压⼒套管T5热⽔箱温度控制出⽔压⼒图2 换热器综合实验台原理图本实验台的热⽔加热采⽤电加热⽅式，冷—热流体的进出⼝温度采⽤巡检仪，采⽤温控仪控制和保护加热温度。
实验台参数：1、换热器换热⾯积{F}：（1）套管式换热器2×3.14×0.006×0.748=0.02818464×8=0.225477122×3.14×0.006×0.095=0.0035796×7=0.02505720.22547712+0.0250572=0.25053432m2（2）板式换热器换热⾯积：0.028 m2×24⽚=0.672 m2（3）列管式换热器 1.0 m22、电加热器总功率：1.5KW×3 =4.5KW。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验五 套管换热器传热实验
数据处理
我们组做的是实验I :
1， Q=m s1c 1 △t 1
求K 得先求Q
Q=m s 1C 1△t 1 ,其中，C 1=所以得先求m s 1 , C 1， △t 1,
◇
1m s1
=V s1
ρ 要得求V s1，V s1=u 1A ，V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2）-gR C 0为空流系数，C 0=0.855,A 0为空口面积，A 0的计算方法如下：A 0 =π4
d 02
, d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×（20.32
1000 ）2=3.243293×10-4 m 2
R 为压计差读数
A=π4 d 2
,d 为内管内径=20mm ， 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1，
◇
2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值，然后用内插法求得对应平均温
度对应的的C 1值
◇
3
求△t 1=
t
△
t 1
,=
t
=
t 1
+ t
2
2
t 1 为进口温度 t 2 为出口温度
进口温度t 1的求解方法
由热电偶中的电位Vt ，按照公式求[]2
000000402.00394645.0t t V E t t ++=得
Et ，再由852.49010
04.810608.1105574.15
43-⨯⨯+⨯=---t
E t 求得t 1值 出口温度t 2的求解方法
由热电偶中的电位Vt ，按照公式[]2
000000402.00394645.0t t V E t t ++=求得
Et ，再由852.49010
04.810608.1105574.15
43-⨯⨯+⨯=---t
E t 求得t 2值
由以上步骤求出 Q
2 ，由Q=KA △t m 求出K 值 K=
Q
A △t m
Q 由第一步已经求出，A 为内管内径对应的面积，A=2π
rL ,r=17.8mm=0.0178 m,
A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ，Nu
流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为：
(,,)l
Nu f Re Pr d
=
对于空气，在实验范围内，Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对 Nu 的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成：
m Nu aRe =
式中，a 和 m 为待定常数。
Re=du ρ μ
d=2×0.0178 m =0.0356 m , u=Vs/（π×0.01782
）μ和ρ用内插法，先查表
的相近温度的μ，ρ，再用线性关系计算求得。
测量空气一侧管壁的中区壁温T W ，由热电偶按前面公式求得；由下式可以计算空气与管壁的对流传热系数
()
W Q
A T t α=
-
式中，t ——空气进出口温度的平均值。
d
Nu αλ
=
d=0.0356 m ,λ还得用内插法求解，先找到相近温度的λ，假定λ的线性变化，求得λ。
然后用以下公式：
logNu mlogRe log α=+
m= logNu-log α logRe
可求得m ,再由 m
Nu aRe = a=Nu Re m 求得对应Re ，Nu 下的a 值。
然后做 Nu/Re 图
用计算机软件计算的数据汇总如下：
由计算机根据相关计算结果作出下图（双对数坐标图）
1、本实验装置采用热电偶测温，同时又装玻璃温度计，有什么必要？
答：实验是通过使用热电偶测量，再用相关公式计算得到比较准确的相应温度，与此同时，使用玻璃温度计进行测量起到校正的作用，证实验的精确性。
2、本实验装置和操作再哪些地方容易造成结果误差？如何尽量减少误差？
答：实验中存在的误差主要由于装置和操作千万的。
对于装置而言，由于其自身存在温度，从而引起测量的不准确。
以及在进行热电偶测温时，读数也会产生细微误差。
更为主要的是传热管由于老化，保湿效果不好，千万热损失，从而产生误差。
另外在读数时，由于液柱R 有波动，从而使Ro，Ro',R1-2读数不精确，这也是误差的来源之一，为减速小认上误差，在尽量待系统稳定后再进行读数并且改善传热管的保温效果。
3、蒸汽压力的变化会不会影响实验结果？
答：会影响，因为水蒸汽在它的饱和蒸汽压下才会仅发生相变而不发生温变，而本实验的T 只用一个温度，故蒸汽压变化下T会不准确造成实验影响。
4、比较实验所得的对流传热准数关联式与流体在圆形直管中作强制湍流时的经验公式，两者是否矛盾？
答：实验结果与Ro,Ro'与R1-2有关，所得的对流准数关联式与液体在圆管中作强制湍流的经验公式不矛盾。
因为其中有少许误差都是人为和设备引起的，但大方向上它们是一致的。
5、对比实验所得的螺旋槽管与圆形光滑管内的对流传热准数关联式，可以说明什么问题？
答：对比后发现，螺旋管的水α以及Nu都比光滑管高证明加剧湍动的剧烈程度可使传热效果更好。
6、通过实验，你是如何理解总传热系数与对流传热系数的区别和联系的？
答：因为处于湍流区，由实验可知传热系数与对流传热系数存在一定的联系，当α1>>α2时，k=α2.
7、注意实验装置上疏水器和不凝气排出管的设置，说明它们各自所起的作用。
答：实验装置中装有疏水器，是为了使管内液体流速无巨大突变较平衡。
不凝气排出管是为了使气体排出顺畅。
在实验过程中要对阀门做均匀调节，在零至最大流量间确定相关流量分布，从而使曲线分布合理。