列管换热器总传热系数测定实验

列管式换热器传热系数测定实验

列管式换热器传热系数测定实验

一、 实验目的

1. 初步了解THXHR-5型气-气列管换热实验装置的基本结构和操作原理 2. 掌握列管式换热器传热系数K的测定方法

3. 了解影响实验结果准确性的原因以及可能存在的问题

二、 实验设备

THXHR-5型气-气管列换热器，一台电脑，一台RS232/485转换器一只

三、

实验原理和方法

在工业生产中，要实现热量的交换，须采用一定的设备，此种交换的设备称为换热器。它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的另一侧，通过坚壁内的热传递再由坚壁的另一侧将热传递给冷流体。从而使热流体物流被冷却，冷流体被加热，满足对冷物流或热物理温度的控制要求。

传热系数是度量换热器性能的重要指标，影响换热器传热量的参数有传热面积、平均温度差和传热系数。根据传热速率方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测

得传热速率Q以及各相关温度，即可算出K，即测定气-气管列换热器的传热系数K [W/(m2·℃)]

??=??/??Δ????

式中：

A——传热面积，m2； 本实验为0.44㎡ Δ????——冷、热流体的平均温差，℃；

Q——传热速率，W（即单位时间内传递的热量）

因为本次

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

昆明理工大学实验报告

课题名称：

化工原理实验

实验名称： 总传热系数的测定

姓名：

成绩：

学号：

班级：

实验日期：

测定套管换热器中水—水物系在常用流速范围内的总传热系数K，分析强

实验内容： 化传热效果的途径。

总传热系数的测定

一、实验目的

1.了解换热器的结构，掌握换热器的操作方法。 2.掌握换热器总传热系数K的测定方法。

3.了解流体的流量和流向不同对总传热系数的影响

二、基本原理

在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定的热量以满足工艺要求。换热器性能指标之一是传热系数K。通过对这一指标的实际测定，可对换热器操作、选用、及改进提供依据。

传热系数K值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式联立求解。 传热速率方程式：

Q=kS?tm （1）

通过换热器所传递的热量可由热量恒算式计算，即 Q=WhCph（T1－T2）=WcCpc（t2－t1）＋Q损 （2） 若实验设备保温良好，Q损可忽略不计，所以

Q=WhCph（T1－T2）=WcCpc（t2－t1） （3）

式中，Q为单位时间

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

介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是：

1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m 2. C

饱和部分是按照公式K=2093+786V(V 是管内流速)含污垢系数

0.0003 。

水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1 是管内流速，V2 水壳程流速) 含污垢系数0.0003

实际运行还少有保守。有余量约10%

不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。K 值通常在冷流体热流体总传热系数K，W/(m 2.C)

水水850 ?1700

水气体17 ?280

水有机溶剂280 ?850

水轻油340 ?910

水重油60 ?280

有机溶剂有机溶剂115 ?340

水水蒸气冷凝1420 ?4250

气体水蒸气冷凝30?300

水低沸点烃类冷凝455 ?1140

水沸腾水蒸气冷凝2000 ?4250

800~2200W/m 2范围内

轻油沸腾水蒸气冷凝455 ?1020

列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2?Co 螺旋板式换热器的总传热系数

水) 通常在

(水—

1000~2000W/m 2范围内。

板式换热器的总传热系数( 水( 汽) —水) 通常在3000~5000W/m 2范围内。

1 ．流体流径的选择

哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体

1管道总传热系数

管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。 1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K值

管道总传热系数K指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：

???Di?1?ln???1Di?Dn?11?KDe??????ln? （1-1）

?D?D2?2?D2wiLL??1n?????1式中：K——总传热系数，W/(m2·℃)；

（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无De——计算直径，m；

保温埋地管路可取沥青层外径）；

Dn——管道内直径，m； Dw——管道最外层直径，m；

?1——油流与管内壁放热系数，W/(m2·℃)； ?2——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m2·℃)； ?i——第i层相应的导热系数，W/(m·℃)；

Di，Di?1——管道第i层的内外直径，m，其中i?1,2,3...n

1管道总传热系数

管道总传热系数是热油管道设计和运行管理中的重要参数。在热油管道稳态运行方案的工艺计算中，温降和压降的计算至关重要，而管道总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降的计算结果。 1.1 利用管道周围埋设介质热物性计算K值

管道总传热系数K指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱。当考虑结蜡层的热阻对管道散热的影响时，根据热量平衡方程可得如下计算表达式：

???Di?1?ln???1Di?Dn?11?KDe??????ln? （1-1）

?D?D2?2?D2wiLL??1n?????1式中：K——总传热系数，W/(m2·℃)；

（对于保温管路取保温层内外径的平均值，对于无De——计算直径，m；

保温埋地管路可取沥青层外径）；

Dn——管道内直径，m； Dw——管道最外层直径，m；

?1——油流与管内壁放热系数，W/(m2·℃)； ?2——管外壁与周围介质的放热系数，W/(m2·℃)； ?i——第i层相应的导热系数，W/(m·℃)；

Di，Di?1——管道第i层的内外直径，m，其中i?1,2,3...n

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

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—