传热实验

传热综合实验

一、实验目的

1学习总传热系数及对流传热系数的测定方法； 2学习用实验方法求取描述过程规律的经验公式； 3了解热电偶和电位计的使用，掌握测温基本技术； 4对比了解强化传热的途径；

5测定空气在圆形直管中作湍流流动时传热膜系数的准数方程式； 6测定冷凝传热膜系数。 二、 实验内容 实验4-1

①测定5-6个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数 ②对

。

的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=AremPr0.4中常数A、m的值。

。

实验4-2

①测定5-6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数 ②对

的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRem中常数B、m的值。

③同一流量下，按实验一所得准数关联式求得Nu0，计算传热强化比Nu/Nu0。 三、实验原理：

1、换热器在工业生产中是经常使用的和换热设备。热流体借助于传热璧面，将热量传给冷体，以满足生产工艺的要求。影响换热器传热系数的参数有传热面积，平均温度差和传热系数三要素。为了合理选用和设计换热器，应对其性能有充分的了解，除查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径。传热系数是一个重要的指标。

2、换热器是一种间壁式传热装置，冷热流体间的传热过程，由热流体对壁的对流传热，间壁的固体热传导和壁面对冷流体的对流传热三个子过程组成。如图:

以冷流体侧传热面积为基准：三个子过程的关系为： K=1/(1/ac +δAc/λAm +Ac/anAh) （1） 对已知的物系和换热器，上式可表示为： k=f(Gn;Gc) (2)

由此可知，通过分别考察冷热流体流量对传热系数的影响，从而可达到了解某个对流传热过程的性能。若要了解对流给热过程的定量关系，可由非线形数据

处理而的。 注释： k--传热

a--流体的给热系数 A--换热器的传热面积 G--流体的质量流量 Q--传热量

T--热流体的温度 t--冷流体的温度

λ--固体壁的导热 系数 δ--固体壁的厚度 下标： h--热流体 c--冷流体 m--平均值

四、实验步骤： 1、调节蒸汽流量，使蒸汽表在0.7-1.0kgf/cm2 之间，使水蒸气温度在100℃左右。 2、打开鼓风机，待流量稳定后，缓缓旋动控制阀，记下每次进口压强、流量、 空气进出口温度以及水蒸汽温度。 3、关闭风机，实验结束。 4、用游标卡尺测一下管径。 五、数据处理 1、计算依据 实验项目一

Nu=0.023Re0.8Prn

Nu-- 努赛尔特准数 d a/λ Re--雷诺准数duρ/μ Pr--普兰特准数Cpμ/λ

当流体被加热时，n=0.4，被冷却时 n=0.3

当定性温度在 50-70 ℃时Pr(空气) 0.698-0.694 ,取平均值 0.696得到空气被加热时的准数式:

Nu=0.023Re0.8(0.696)0.4=0.0199Re0.8

2、 a 的测取，因为管壁很薄

1/k=1/a1 +b/λ+1/a0

k-- 总传热系数w/(m2k) a1--管内侧传热系数w/(m2k) b--管壁的厚度,0.001m

λ--管壁的导热系数，黄铜 λ=377 w/(mk) a0--管外侧的导热系数w/(m2k) b/λ=2.7*10-6 可以不计a0>a1 k=a1

3、k的测定，可用牛顿冷却定理

Q=aS△t

Q--传热速率 w t1--空气进口温度 ℃ S--总传热面积 m2 t2--空气出口温度 ℃

△t--流体与壁间温度差的平均值 ℃

Q=WCp(t2-t1)

w--流体质量流量w=vρ ,v (m3/s) Cp--流体平均定压比热J/(kg℃) t--冷流体温度℃

a=k=(vρCp(t2-t1)/(S△Tm))

（1和2 表示换热器的进口和出口）

由于热空气比热略大于空气，Cp可取101.33 KPa下干空气的数值

△Tm=(t2-t1)/Ln((T-t1)/(T-t2))

T--蒸汽的温度℃

另外本装置有热电偶测量壁温（内管外壁的温度），因为铜管热阻很小，可以忽略传热管内外壁间的温差，所以 a 也可以按下公式计算

a=Q/(S内△Tm)

S内--换热段管子的内表面积； △Tm--以壁温计算的温差 4、Nu和Re计算：

Re=duρ/μ=dK/λ=dvρ/（（π/4）d2μ）=1.273vρ/(dμ)

d--管内径 m

μ-- 定性温度下，管内压强下的介质粘度Pa*s。

因为在常压附近，压强变化对 λ影响很小，故可取压强101.33 KPa

Nu=da /λ=dK/λ=(dvρCp(t2-t1)/(S△Tm))

λ--空气的导热系数w/(m℃)，应取定性温度下，换热管内压强下的数值，但因常压附近压强变化对 λ影响很小，故可取 一个大气压下的数值， 5、流量测量和密度的计算

W=Vρ=C(Rρ)0.5

C--流量系数 0.001233

R--流量计的指示仪表压差指示值 mmmH20 ρ--可按理想气体定律计算

ρ=1/293*273/760*(Pa+Rp)/(273+t)=0.4645(Pa+Rp)/(273+t)

Pa--大气压强mmHg，可取当地的全年平均大气压强计算 Rp--流量计前端被测介质表压强，mmHg t-- 流量计前的介质的温度。可取 t=t1 6、热电偶温度的计算。

t=((1.55744*10-3 +1.608*10-4Ei)0.5/(8.04*10-5))-490.852

Ei--热电偶自由端为0℃时，工作端的电位（毫伏） 7、验证Nu 准数方程

将实验结果作 Nu-Re图（双对数坐标纸）描出直线，求出直线的斜率和截距。

m

Nu=CRe

m--直线的斜率 (Y2-Y1)/(X2-X1)

lg(C)=lg(Nu)-m*lg(Re)

实验项目二：

螺旋槽管的给热准数方程为

Nu=0.00406Re1.0175

螺旋槽管计算与光滑管相同 例子解析

数据记录表：（以下数据仅作参考） 已知： di=1.804cm d0=1.980 cm L=1.224 m 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 计前表压(R)mmHg 39 37 36 35.5 35.5 36 36.5 39 42.5 流量计的示值（R）mmH20 41 35 30 25 20 15 10 5 1 蒸汽温度T ℃ 107 107 107 107 107 107 107 107 107 进口温度t1℃ 18 19 21 22 22 22 22 21 21 出口温度t2 ℃ 92 94 96 96 96 96 95 93 81 步骤一： 现以第一组数据举例如下：

以壁温计算的温差 △Tm=(t2-t1)/ln((T-t1)/(T-t2))=41.56℃ 定性温度 t定=(t2+t1)/2=55℃

查表得 55℃下的 μ=1.98x10-5 λ=2.861x10-2w/m℃ ρ=1.293x273/760x(Pa+Rp)/(273+t)=0.4645(Pa+Rp)/(273+t) =0.4645(773.5+39)/(273+18)=1.297 kg/m3

W=Vρ=C(Rρ)0.5=0.001233(41x1.297)0.5=8.99x10-3

其中：Rp和 t ,R均是实验数据。 Pa--当地的全年平均大气压强。 步骤二：求 Nu和Re： Re=duρ/μ=dvρ/（（π/4）d2μ）=1.273W/(dμ)=3.2x104 S=πdL=3.14x1.804x10-2x1.224=0.06937 m2 Nu=da /λ=dK/λ=(dvρCp(t2-t1)/(S△Tmλ))

=(1.804x10-2)x(8.99x10-3)x1005x(92-18)/(0.06937x41.56x(2.861x10-2)) =146.227

其他 8组数据的处理方法一样，现将(Re,Nu)处理的结果统计如下： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 Re ( X104) 3.200 2.932 2.692 2.449 2.191 1.898 1.552 1.105 Nu 146.227 144.114 141.456 128.728 115.132 99.740 78.072 51.560 lg(Re) 4.505 4.467 4.430 4.389 4.341 4.278 4.191 4.043 lg(Nu) 2.165 2.159 2.151 2.110 2.061 2.000 1.892 1.712 9 0.503 15.451 3.702 1.189 步骤三： 画出下图 步骤四：求斜率和截矩

由图可以得到点（4.467，2.159）,（4.191,1.892）较好地在直线上。 就以这两点求 斜率和截矩：

斜率 K=(2.159-1.892)/(4.467-4.191)=0.97 截矩 b=1.575 步骤五：验证 Nu 方程

设方程为 Nu=CRem 则 lgNu=lgc+m*lgRe

则 m=k=0.97 lgc=b=1.575 即 m=0.97 c=37.6 所以 Nu 计算方程为 Nu=37.6Re0.97 （误差较大，验证方程为 Nu=0.0199Re0.8） 六、实验预习报告： 应包含的内容： 一.实验目的（略）： 二.实验原理（略）： 三.实验任务（略）： 四.实验步骤（略）：

不同实验有不同的要求，如精馏，需要在实验之前画好乙醇-水的汽液平衡线。 七、实验报告：

在上述内容的基础上再加上以下的内容： 五.数据处理：（具体请参考数据处理网页） 六思考题以及实验小结：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vxm6.html