空气-蒸汽对流传热系数测定实验报告

实验九 固体小球对流传热系数的测定

A 实验目的

工程上经常遇到凭藉流体宏观运动将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程，此过程通称为对流传热（或对流给热)。显然流体的物性以及流体的流动状态还有周围的环境都会影响对流传热。了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重要的实际意义。 通过本实验可达到下列目的： (1) (2) (3)

测定不同环境与小钢球之间的对流传热系数，并对所得结果进行比较。 了解非定常态导热的特点以及毕奥准数（Bi）的物理意义。 熟悉流化床和固定床的操作特点。

B 实验原理

自然界和工程上，热量传递的机理有传导、对流和辐射。传热时可能有几种机理同时存在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。

当物体中有温差存在时，热量将由高温处向低温处传递，物质的导热性主要是分子传递现象的表现。

通过对导热的研究，傅立叶提出：

qy?QyA???dT dy(1)

式中：

dT - y方向上的温度梯度?K/m? dy上式称为傅立叶定律，表明导热通量与温度梯度成正比。负号表明，导热方向与温度梯度的方向相反。

金属的

对流传热系数及准数关联式常数的测定实验报告

1.前言

研究表明，加入到换热器换热管中的扰流子添加物可以使换热管内流动的液体产生明

显的螺旋运动。换句话说，在换热器换热管中加入扰流子添加物，就相当于在换热器换热管中加入空隙率ε≥95%的多孔体，当换热器换热管中流动的液体流经这些扰流子添加物以后，流道内将产生明显的弥散流动效应，在低雷诺数下（Re≥300），由于弥散流动的促进，使换热器换热管中的液体转变为湍流。湍流状态的流动液体其总热阻是所有流态液体中最小的，由于换热器换热管中湍流状态的流动液体热阻非常小，所以，换热器的传热系数（K）值将大大增加。在高的传热系数（K）值状态下，换热器中扰流子强化传热的效果就会非常明显。 当然换热器中的扰流子对流经换热管的不同介质，其强化传热的效果是有区别的。并且，换热管内扰流元件的形状和在传热面上的安装方法，对传热和流阻都有影响，一般可通过实验确定其最佳形式。例如试验表明：在管道的全长填满螺旋形金属丝与间断设置螺旋圈相比，后者在传热性能不变时可减小流阻。

关于扰流子强化传热的原理，还有许多其它见解，有的专家认为扰流子强化传热是基于加大了传热面积和粗糙度，这无疑是正确的。但试验表明，即使不紧贴壁面安

对流传热系数的测定

陶虹 1120112863

一、实验目的

1、通过对传热系数a准数关联系的测定，掌握实验方法，加深对流传热概念和影响因素的理解。

2、应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr0.4 中常数A、m的值。 3、加深对由实验确定经验公式的量纲分析法的理解 4、得出得出单一流体下的总传热系数K。

二、实验的基本原理

1、对流传热系数ai的测定

以蒸汽为加热介质走外管，空气为冷却介质走内管。对流传热系数aI可以根据牛顿冷却定律，通过用实验来测定。由牛顿冷却定律：

ai?

式中：ai——管内流体对流传热系数，W/(m2.℃); Q—传热速率，W;

S—内管传热面积，㎡； Tw——壁面平均温度，℃； Tm——定性温度，℃。 传热面积计算公式：S=?dL 定性温度：

TM?T1?T22

QS(TW?TM)

上式中：d—管内径，m;

L—传热管测量段的实际长度，m; T1,T2——冷流体的入口、出口温度，℃。 传热速率Q?VS,M?MCP(T1?T2)

式中：VS,M—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/s; ?M—

化工原理实验 对流传热实验

空气—蒸汽对流给热系数测定

一、实验目的

⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1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=ARemPr0.4中常数A、m的值。

⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。

二、实验装置

本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。

表1 实验装置结构参数

实验内管内径di（mm） 实验内管外径do（mm） 实验外管内径Di

化工原理实验 对流传热实验

空气—蒸汽对流给热系数测定

一、实验目的

⒈通过对空气—水蒸气光滑套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数α1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=ARemPr0.4中常数A、m的值。

⒉通过对管程内部插有螺纹管的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRem中常数B、m的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。

二、实验装置

本实验设备由两组黄铜管（其中一组为光滑管，另一组为波纹管）组成平行的两组套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。管程蒸汽由加热釜发生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，其冷凝放出热量通过黄铜管壁被传递到管内流动的空气，达到逆流换热的效果。饱和蒸汽由配套的电加热蒸汽发生器产生。该实验流程图如图1所示，其主要参数见表1。

表1 实验装置结构参数

实验内管内径di（mm） 实验内管外径do（mm） 实验外管内径Di

传热系数测定实验

一、 实验目的

1、 掌握对流系数a2的测定方法； 2、 了解强化热的基本原理和方法。 二、 实验原理

当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排出管外，传递的热量由下式计算：

q1 M1Cp,1(T1 T2) （1） q2 M2Cp,2(t2 t1) （2）

q1 q2

q

2

（3）

又有传热速率为：

q KA tm

得：

M1Cp,1 T M2Cp,2 t

式中：

2

KA tm （4）

T T1 T2 t t2 t1

M1 V1

M1 V2

A N d l

t1 t2

tm

1ln t2

t1 T1 t2 t2 T2 t1

流体的质量流量和流体的进出口温度通过实验测得，因此可以计算出传热总系数：

K

M1Cp,1 T M2Cp,2 t

2A tm

q1 q2q

2A tmA tm

（5）

三、 实验步骤

打开装置开关，设定温度在60℃，加热，在温度接近60℃时，打开冷水阀门，并随意调节一个冷水流量并保持不变，调节四组不同的

实验三 强迫对流表面传热系数的测定

一、实验目的

1.了解实验装置，熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法。

2.测定空气横掠单管时的表面传热系数，掌握将实验数据整理成准则方程式的方法。

3.通过对实验数据的综合整理，掌握强迫对流换热实验数据的处理及误差分析方法。

二、实验原理

根据牛顿冷却公式，壁面平均传热系数为：

h?twQF(tw?tf)

式中: —管壁平均温度，℃

tf —流体的平均温度，℃

2 F—管壁的换热面积，m Q—对流换热量，W

由相似原理，流体受迫外掠物体时的放热系数与流速物体几何形状及尺寸物性参数间的关系可用准则方程式描述：

Nu?f(Re,Pr) 研究表明，流体横向冲刷单管表面时，准则关联式可整理成指数形式：

下标m表示用空气膜平均温度作特征温度

1

mNum?CRenm?Prm

又有特征数准则方程：

Nutm?0.5(tw?tf)

—

Nu?努

hd塞尔（Nusself）准则

数

Re?

—雷诺（Re

传热系数测定的实验（水蒸气-空气体系）

一.实验目的

1.了解管套式换热器的结构

2.观察水蒸气在水平换热管外壁上的冷凝现象，判断冷凝类型

3.测定水蒸气—空气在换热器中的总传热系数K和对流给热系数a，加深对其概念和影响因素的理解。

4.学习线性回归法确定关联式Nu=ARempr0.4中常数A，m的值 5.掌握热电偶测量温度的原理和方法 二.实验原理

1.总传热系数的测定

在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管通冷空气，水蒸气冷凝放出热量加热空气。 当冷热液体在换热器内进行稳定传热时，该换热器同时满足热量衡算和传热速率方程，若忽略热损失，公式如下：Q=KAΔtm=qmcp(t2-t1) 三．实验内容

1.衡量水蒸气-空气通过换热器的总传热系数K对实验数据进行线性回归，求出准数方程 Nu=ARempr0.4中的常数A，M的值

2.通过计算分析影响总传热系数的因素 四.实验装置

来自蒸汽发生器的水蒸气进入不锈钢套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水通过管道排入地沟，冷空气经转自流量计进入套管换热器内管热交换后装置。实验流程如图：

五．实验步骤

1.检查蒸汽发生器的仪表和水位是否正常。

2.打开换热器的总电源开关，打开

实验报告

课程名称：

学 院：

专 业 班：

姓 名：

学 号：

同组人员：

实验时间：

指导教师：

化 工 原 理

年 月 日

一、实验课程名称：化工原理

二、实验项目名称：空气－蒸汽对流给热系数测定 三、实验目的和要求：

1、 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。

2、 掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 3、 学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强

化传热的途径。

四、实验内容和原理

实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算 ，关联出相关系数。

实验原理：在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程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冷流体的对流传热所组成。

达到传热稳定时，有

T

t

图4－1间壁式传热过程示意图

Q m1cp1 T1 T2 m2cp2 t2 t1 1A1 T TW M 2A2 tW t m KA tm

（4－1）

热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算，

T T T2 TW2

T TW m 1W1

ln

T1 TW1T2 TW2

（4－

一．实验课程名称 化工原理

二．实验项目名称 空气－蒸汽对流给热系数测定 三、实验目的和要求

1、了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。

2、掌握热电阻测温的方法，观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。

3、学会给热系数测定的实验数据处理方法，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。

四．实验内容和原理

实验内容：测定不同空气流量下进出口端的相关温度，计算?，关联出相关系数。

实验原理：在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4－1)所示，间壁式传热过程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冷流体的对流传热所组成。

达到传热稳定时，有

? T TW tW t 图4－1间壁式传热过程示意图 Q?m1cp1?T1?T2??m2cp2?t2?t1???1A1?T?TW?M??2A2?tW?t?m?KA?tm