空气-蒸汽对流给热系数测定

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

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

实验名称:

对流给热系数测定实验

一、 实验目的

1. 测定水蒸汽在圆直水平管外冷凝给热系数α0及冷流体(空气或水)在圆直水平管内的强制对流给热系数αi。

2. 观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况。 3 掌握热电阻测温方法。

4 掌握计算机自动控制调节流量的方法。

5 了解涡轮流量传感器和智能流量积算仪的工作原理和使用方法。 6 了解电动调节阀 压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。 7 掌握化工原理实验软件库的使用。

二、实验装置流程示意图及实验流程简述

2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水蒸汽自蒸汽发生器○

9、阀○8排入水沟。 水由阀○

4或电动调节阀○5、12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○冷流体水或来自由变频器○

13、10进入套管换热器的内管，涡轮流量计○水或空气流量调节阀○被加热后排入下水道或放空。

三、简述实验操作步骤及安全注意事项

空气~水蒸汽系统

1. 开启电源。依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。

1, 调节手动调节阀○10使风量最大。 2. 启动旋涡气泵○

9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小3. 排蒸汽管道的冷凝水。打开阀○

8，注意阀○8不能开得太大，否则蒸气泄漏严重。

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

维普资讯

热载体锅炉技术论文专栏 文章编号： 1 0 -7 4(0 2 0 - 90 4 8 7 2 0 ) 60 .2 0

导热油管内强制对流换热系数的计算

9

导热油管内强制对流换热系数的计算关涛，刘晓燕，彭志刚 201) 10 7 (南京锅炉厂，南京摘

要：以一种常见导热油为例对有机热载体锅炉的对流受热面传热系数进行计算分析。

关键词：有机热载体锅炉；对流换热系数；热力计算中图分类号：T 2 . K 2 99 1 2文献标识码：A

Ca c a i n f rCo ve tv a a frCo f c e to g i a a se lulto o n c eHe tTr nse e f in fOr a cHe tTr f r i i n n

M a e i l o c dF o n u e tra r e l wi g i T b F nGUAN o, LI X io y n, P Ta U a— a EN h— a g Z ig n

( nj gBolr rs Na i i k,Naj g 210 7 hn ) n e Wo n i 0 1,C ia nAbsr c ta t:Thepa ra l e o

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—

关系式

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以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。 一、掠过平板的强迫对流换热

应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。

沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总

注意：定性温度为边界层的平均温度，即 二、管内强迫对流换热

。

(1) 流动状况 不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。

(2) 换热状况 管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温

度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。

(3) 准则数方程式 要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。