化工实验报告-传热系数的测定

太原师范学院

实验报告

Experimentation Report of Taiyuan teachers College

系部：化学系年级：大四课程：化工实验

姓名：学号：日期：2012/10/15

项目: 气体强制对流传热系数的测定

一、实验目的：

1.熟悉传热设备；

2.了解传热原理和强化传热途径，分析热交换过程的影响因素；

3.测定热流体空气与冷流体水在并流和逆流条件下的总传热系数K；

4.测定努赛尔数Nu和雷诺数Re之间的关系，确定他们的关联式。

二、实验原理：

传热过程按其方式可分为热导传热、对流传热和辐射传热三种。在工业生产上的传热过程中，按冷流体和热流体的接触方式可分为直接接触式、间壁式和蓄热式三种。本实验采用的单套管式换热器为间壁式传热，其热流体为热空气，冷流体为水，热空气与水在套管内进行传热，传热方程为：q=K*A*△t m

式中：q为传热速率（W）；

K为总传热系数（W*m-2*k-1）

A为热空气—水间的传热面积（套管换热器的内管平均面积A=π*d m*L，d m为内管

内外径的平均值，L为套管换热器套管的长度）；

△t m 为热空气与冷却水间的平均温度差

【△t m =（△t1 +△t2 ）/ (ln△t1 -ln△t2 )，℃或K】，△t1 和△t2 分别为换热器两端的温度差。

在稳定传热过程中，热流体热空气通过换热器壁面将热量传给冷流体水，捂热量损失，两流体也未发生相变化，冷流体吸收热量与热流体放出热量相等，因此，传热速率Φ衡算式为：Φ=W g C p(T1-T2)

式中：W g 为空气的质量流量（Kg*S-1）

C p 为空气的比热容（K J*Kg*K-1）

T1，T2分别为热流体俄进口和出口温度（℃或K）

根据传热关系，传热系数是由以下几个分热阻的倒数组成，即

式中：a1、a2分别为热空气和冷却水的给热系数（W*m-2*k-1）

d1、d2分别为内管的内径和外径（m）, δ为内管的壁厚（m）;

λ为内管的导热系数（W*m-2*k-1）。

因冷却水的给热系数a2较大，d1 / (a2* d2 )值较小；λ值较大，δd1 /λd m 值也较小，故d1 / (a2* d2 )和δd1 /λd m 可略去。于是，可认为空气在圆管内作强制对流的给热系数a1 近似为热空气与冷却水之间的总传热系数，即K= a1 。

当热空气在圆形直管中作强制湍流流流动时，传热系数（给热系数）的关联式可写为：Nu=A*Re m*Pr n

式中：Nu为努赛尔数，表达式为Nu=a*d/λ；

Re为雷诺数，表达式为Re=du ρ/μ

Pr为普兰特数，表达式为Pr= C p*μ/λ

A为系数；

m、n为雷诺数的指数和普兰特数的指数。

空气的努赛尔数受给热系数a的影响，雷诺数又受空气在管内流速的影响，在很高温度和压力下，普兰特数变化很小，可近似认为它是一个常数，因此，可改写为：Nu=B*Re m

式取对数后为LgNu=LgB+m*LgRe

当空气流速改变后，它们原有的热平衡关系被打破，数值也随之发生变化，Nu亦随Re 的改变而改变。通过实验可测出不同条件下的空气的给热系数a与流速u，就能计算出Nu

和Re。以Nu为纵坐标，Re为横坐标，在双对数坐标上作出它们的关系图，关系图的斜率为

截距为LgB，将求得的B，m值代入式中，即得出给热准数关联式。

三、实验步骤：

1．熟悉实验装置及流程，检查设备，做好操作前的准备工作。

2．全开冷却水阀门，降水通入换热气中；打开鼓风机，打开空气控制阀门，将空气通入实验装置的电加热器中。

3．接通加热器电源，将电压调至，并始终保持电压稳定，当空气被加热后，在套管换热器上的进口温度测量点上显示温度为100-120℃左右（在稳定状态下，3min内热空气温度变化不超过1℃）时，开始在流量计上读取数值。热流体空气和冷流体冷却水的进、出口温度直接从装置上的各测量点读取。

4.逐渐由大到小调节空气控制阀门，改变空气流量6-8次，每次改变流量后，稳定3-5min 后，按步骤3读取相关数据。

5.完成所有数据测量后，将调压器上的电压指示调至零处，切断加热电源；继续通气、通水约5mi后关闭鼓风机，最后关闭冷却水阀门。

四、数据记录及处理

1、实验数据记录

2、实验数据处理

五、误差分析

影响给热系数的主要因素：

（1）液体的状态：气体、液体、蒸气及传热过程是否有相变化等；

（2）液体的物理性质：如密度、比热容、粘度及导热系数；

（3）液体的流动形态：层流或湍流；

（4）液体对流的对流状况：自然对流，强制对流等；

（5）传热表面积的形状、位置及大小。

在该实验过程中，空气流量读数时存在误差；进行温度读数时，温度不稳定，使得读数时存在误差；实验是在固定水流量的条件下进行的，但在实验过程中，水流量会出现波动，会对测定结果产生影响。