管内强制对流体传热膜系数的测定
实验四传热系数测定实验
实验四 传热系数测定实验1．实验目的（1）观察水蒸汽在水平管外壁上的冷凝现象；（2）测定空气－水蒸汽在套管换热器中的总传热系数；（3）测定空气在圆形直管内强制对流时的传热膜系数及其与雷诺数Re 的关系。
2．基本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）：()()mW 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mi P i t S t t C V K ∆-=)(12ρ空气在管内的对流传热系数（传热膜系数） m w i P i t t S t t C V )()(12--=ρα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，℃； S 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 t t 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，℃。
当内管材料导热性能很好，且管壁很薄时，可认为内管内外壁温度相同，即测得的外壁温度视为内壁温度。
流体在圆形直管内作强制湍流（流体流动的雷诺数Re ＞10000）时，对流传热系数αi与雷诺数Re 的关系可近似写成 ni A Re =α式中A 和n 为常数。
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。
强迫对流放热系数实验
实验14 强迫对流放热系数实验一、实验目的1. 了解实验装置，掌握测试仪器、仪表的使用方法；2. 学会翅片管束管外放热和阻力的测定方法。
二、实验原理空气（气体）横向流过翅片管束时的对流放热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，函数关系如下：t l o o o o o(PP H B Nu f Re Pr N D D D D D δ=、、、、、、、）（1）式中：o Nu D α=；o m Re D U γ=；Pr C μλ=；m m G U ρ=⋅H Bδ、、分别为翅片高度、厚度、和翅片间距；P t 、P l 为翅片管的横向管间距和纵向管间距； N 为流动方向的管排数；D o 为光管外径，U m 、G m 为最窄流通截面处的空气流速（m/s ）和质量流速（kg/m 2s ）；λ、ρ、μ、γ、α为气体的物性值。
此外，放热系数还与管束的排列方式（顺排和叉排）有关，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外放热系数会高于顺流。
对于特定的翅片管束，其几何因素是固定不变的，这时，式（1）可简化为：(,)Nu f Re Rr = （2）对于空气，Pr 数可看作常数，故n()Nu f Re CRe== （3）式中：C 、n 为实验关联式的系数和指数。
采用光管外表面积作为基准，定义放热系数：()o a wo πQn D L T T α=-2W /m ℃（4）式中：Q 为总放热量；n 为放热管子的根数；0πD L 为支管的光管换热面积（m 2）；T a 为空气平均温度（℃），T wo 为光管外壁温度（℃）。
工程上通用威尔逊方法测求管外放热系数，即：o wii111D R KD αα=--- （5）式中：K 为翅片管的传热系数，可由实验求出o πv QK n D L T T α=-（）（6）其中：v T 代表管内流体的平均温度，i α是管内流体对管内壁的放热系数，w R 由管壁的导热公式计算。
管内强制对流传热膜系数的测定
装订 线实验报告课程名称： 过程工程原理实验 指导老师： 成绩：__________________实验名称： 管内强制对流传热膜系数的测定 实验类型：________________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1、了解套管式换热器的结构和传热热阻的组成。
2、学习测定流体间壁换热总传热系数的实验方法。
3、掌握近似法和简易Wilson 图解法两种从传热系数实验数据求取对流传热膜系数的数据处理方法。
4、掌握根据实验数据获得传热准数经验公式的方法和数学工具。
5、掌握热电偶、UJ-36电位差计的长图式自动记录仪的使用方法。
二、实验内容1、在空气-水套管换热器中，测定一系列空气流量条件下冷、热流体进、出口温度。
2、通过能量衡算方程式和传热速率基本方程式计算总传热系数K i 的实验值。
3、分别用近似法、简易Wilson 图解法求取空气侧对流传热膜系数αi 。
4、根据实验获得的对流传热膜系数αi 和空气流速u i ，整理得到努赛尔数Nu 与雷诺数Re 之间的幂函数型经验公式。
5、把实验获得的经验公式与化工原理教材和参考书中的列出的同类公式进行比较，讨论其异同点。
6、根据实验装置情况分析实验测试数据的误差来源。
三、实验原理流体与固体壁面间的对流传热过程可以用牛顿冷却定律描述：()w Q A t A T t αα=∆=− （1）式中 Q ——总传热速率，W ；α——对流传热膜系数，W/ m 2·K ；A——传热面积，m 2 ； T ——流体温度，K ；t w ——固体壁面温度，K 。
如果能够用实验直接测定流体温度T 和固体壁面温度t w ，,则可以根据式（1）的关系直接计算对流膜系数α ：()w Q Q A t A T t α==∆− （2）对于多数情况而言，直接测定固体壁面的温度是一件相当困难的任务，实验技术成本高且数据准确性差。
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。
管内强制对流传热膜系数的测定思考题
管内强制对流传热膜系数的测定思考题管内强制对流传热膜系数的测定思考题引言•管内强制对流传热膜系数是工程中常用的一个参数，用于描述管道内流体和管壁之间的传热情况。
•测定管内强制对流传热膜系数的方法有很多种，但不同的方法适用于不同的情况。
•在本文中，我们将探讨一些与管内强制对流传热膜系数测定相关的思考题。
思考题1：在实际工程中，如何测定管内强制对流传热膜系数？•使用热解方法：通过在管内外表面放置温度传感器，测定流体和管壁的温度差，进而计算得到传热膜系数。
•使用传热换热器：在实验装置中加入传热换热器，通过测量进出口温度及流量等参数，计算得到传热膜系数。
•使用数值模拟软件：通过建立流体传热模型，使用数值模拟软件进行计算和分析，得到传热膜系数的估计值。
思考题2：测定管内强制对流传热膜系数时，需要注意哪些因素？•流体性质：包括流体的物性参数如温度、密度、粘度等，对传热膜系数的测定有重要影响。
•流动条件：流体的流速、流向以及流动状态等都会对传热膜系数的测定结果产生影响。
•管道材质和表面特征：管道材质的导热性能以及表面的粗糙度等也会影响传热膜系数的测定。
•温度梯度：在实际测定过程中，保持管道内外表面温度差的稳定性对准确测定传热膜系数很重要。
思考题3：有哪些因素可能导致测定结果的误差？•测量误差：温度传感器的精度、测量仪器的误差以及数据采集的误差等都可能导致测定结果的误差。
•实验条件不确定：在实际工程中，流体的条件、环境温度等因素都可能不确定，这也会导致测定结果的误差。
•假设条件限制：在进行传热膜系数测定时，通常需要做一些假设，而这些假设也可能引入误差。
思考题4：如何提高测定管内强制对流传热膜系数的准确性？•选择合适的测量方法：根据具体情况选择合适的测量方法，比如根据流体特性选择热解方法或使用传热换热器等。
•提高测量精度：选择高精度的温度传感器和测量仪器，并进行校准，以提高测量的准确性。
•重复测量和统计分析：多次重复测量，并进行统计分析，以减小随机误差对测定结果的影响。
实验四 强制对流下空气传热膜系数的测定
实验四 强制对流下空气传热膜系数的测定实验一、实验目的1. 了解间壁式传热装置的研究和给热系数测定的实验组织方法；2. 掌握借助于热电偶测量壁温的方法；3. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；4. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验内容1、测定5—6组不同流速下，套管换热器的总传热系数K 和空气的对流传热系数αc 。
2、对αc 的实验数据进行多元线形回归，求准数关联式Nu=ARe m Pr n中常数A ，m 。
三、基本原理（简述）1、传热系数K 的理论研究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。
这种传热过程系冷、热流体通过固体壁面进行热量交换。
它是由热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传热过程所组成。
如图1所示。
Q=()tT KA - （1）而对流给热所传递的热量，对于冷、热流体均可表示为Q 1=()1w h h t T A -α （2） 或 Q 2=()t t A w c c -2α （3） 图2传热解析图对固体壁面由热传导所传递的热量，则由傅立叶定律表示为：Q 3()21w w mt t A -⋅=δλ （4） 由热量平衡及忽略热损失后（即Q=Q 1=Q 2=Q 3），可将（2）（3）（4）式写成如下等式：Q=KAtT A t t A t t A t T c c w m w w h h w 1112211-=-=-=-αλδα （5） 所以 cc m h h A A A K αλδα111++=（6）()22222111111,,,,,,,,,,,,u c u c d f K p p λμρδλλμρ==()5,2,6f （7）从上式可知，除固体的导热系数和壁厚对传热过程的传热性能有影响外，影响传热过程的参数还有12个，这不利于对传热过程作整体研究。
根据因次分析方法和π定理，热量传递范畴基本因次有四个：[L],[M],[T],[t] ,壁面的导热热阻与对流给热热阻相比可以忽略K ≈()21,ααf （8）要研究上式的因果关系，尚有π=13-4=9个无因次数群，即由正交网络法每个水平变化10次，实验工作量将有108次实验，为了解决如此无法想象的实验工作量，过程分解和过程合成法由此诞生。
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取点对数分割：
ΔX=(Xmax/Xmin)1/(n-1)
= (80/25)1/ (5-1)
X i+1=X i×ΔX
X1=25 X2=33.4 X3=44.7 X4=59.8 X5=80
V1(mv) V2(mv) V W1(mv) V W2
(mv)
V0(mv) V(mv)
压强
（MPa）
T1(℃) T2(℃) t w1 t w2 T0ρ0W
3.75 2.3 1.15 0.95 1.55 4 0 87.33 55.09 28.03 23.13 37.52 1.138 0.0168 3.65 2.2 1.1 0.95 1.75 3 0 85.18 52.78 26.81 23.13 42.27 1.121 0.0139 3.55 2.15 1.1 0.95 1.85 2.2 0.003 83.02 51.63 26.81 23.13 4
4.62 1.112 0.0111 3.5 2.05 1.05 0.95 1.95 1.6 0.004 81.93 49.30 2
5.59 23.13 4
6.97 1.104 0.0085 3.45 1.95 1.05 0.95 2.15 1.3 0.005 80.85 46.97 25.59 23.13 51.63 1.088 0.0069
下面举例计算均以第一组为例子：
T1=-0.5436×3.752+25.522×3.75-0.7334=87.33
T2=-0.5436×2.32+25.522×2.3-0.7334=87.18
t w1=-0.9247×1.152+26.434×1.15-1.1502=28.03
t w2=-0.9247×0.952+25.522×0.95-1.1502=23.13
T0=-0.5436×1.552+25.522×1.55-0.7334=37.52
W=C√[ρ0(a×V-b)] [㎏/s]
已知C——孔板流量计的校正系数，这里的C=2.303×10-3
a=14.202 b=10.262
ρ0为孔板处的空气密度;[㎏/m3]
ρ0=PM/RT0=101.33×103×29×10-3/[8.314×(37.52+273.15) ]=9.420
故W=2.303×10-3[1.138 (14.202×4-10.262)]^1/2=0.048
空气的质量流量W [㎏/s]比热容
C p
J/(kg.C)
T1(K) T2(K)Q Δt1Δt2Δt mα1
空气的
导热系
数λ
w/(m.
℃)
换热
管内
径
d[m]
Nu Re
0.0168 1009360.48328.24546.5159.331.9644.23195.040.02966 0.029 92.9336274.29 0.0139 1009358.33325.93454.4158.3729.6542.40282.440.02966 0.029 80.6030012.66 0.0111 1009356.17324.78351.5656.2128.540.79866.290.02966 0.029 64.8123966.94 0.0085 1009355.08322.45279.8556.3426.1739.34754.710.02966 0.029 53.4918353.06 0.0069 1009354320.12235.8855.2623.8437.37448.550.02966 0.029 47.4714898.37
Q= W.C p. (T1- T2) [W]
所以：Q=0.0168×1009(360.48-328.24)= 546.51
因为根据牛顿冷却定律：Q=α 1.A1.Δt m 即：α1= Q /A1.Δt m
Δt m=(Δt1-Δt2)/㏑(Δt1/Δt2) ;Δt1= T1-t w1=87.33-28.03=59.3 ; Δt2=55.09-23.13=31.96
Δt m=(59.3-31.96)/㏑(59.3/31.96)= 44.231
A1=π×d×L=(33-2×2) ×10-3×1.43=0.130㎡
α1= 546.51 /(0.130.*44.231)= 95.04
Nu=α1×λ/d=95.04×0.02966/0.029=291.320 S=π×d2/4=6.6×10-4
Re=duρ/μ=dW/Sμ=0.029×0.0168/(6.6×10-4×2.035×10-5)=36274.29
㏑Nu㏑Re
4.53 10.499
4.39 10.309
4.17 10.084
3.98 9.818
3.86 9.609
已知Nu=BRe n故㏑Nu=n㏑Re +㏑B
Y = A + B * X
㏑B = A = - 3.56447 误差：0.37666
n = B=0.77013 误差：0.03741 ∴n= 0.77013 B= 0.0283 思考题：
为什么要把实验结果关联成Nu~ Re准数方程式，而不用α1 ~W来关联？
在本系统中，强化传热的最有效途径是什么，试分析之？
除实验讲义上所提的方法外，还有何方法可测定传热膜系数？。