空气横掠单管强迫对流的换热实验-2013(1)

实验2 空气横掠单管强迫对流的换热实验

热交换器中广泛使用各种管子作为传热元件，其外侧通常为流体横向掠过管子的强制对流换热方式，因此测定流体横向掠过管子时的平均换热系数是传热中的基本实验。本实验是测定空气横向掠过单圆管时代平均换热系数。一、实验目的及要求

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

2、通过对实验数据的综合、整理，掌握强制对流换热实验数据整理的方法。

3、实验测定空气横掠单管时的平均换热系数；了解空气横掠管子时的换热规律。、二、实验原理

1. 根据牛顿冷却公式： )

(f w t t hF Q -= (W) (6-2-1)

得

)(f w t t F Q

h -=

(W/m 2?℃) (6-2-2)

式中 Q —对流换热的热流，[W]； h —对流换热系数，[W/m2?℃]； F —与流体接触的物体表面面积，[m2]； t

f —流体平均温度，[℃]； t w —物体表面温度，[℃]。

本实验采用电加热的放热圆管，空气外掠圆管表面，当换热稳定时，测出加热电功率，即可得出对流换热热流Q ，即： Q IU = (W) (6-2-3) 2. 根据对流换热的分析，强制对流稳定时的换热规律可用下列准则关系式来表示：

Nu f =(Re,Pr) (6-2-4)

对于空气，因温度变化范围不大，上式中的普朗特数Pr 变化很小，可作为常数看待，故式(6-2-4)化简为：

Nu f =(Re) (6-2-4a)

式中努谢尔特数 λhD

Nu =

雷诺数

νvD

h —空气横掠单管时的平均换热系数，[W/m 2?℃]； v —空气来流速度，[m/s]； D —定型尺寸，取管子外径，[m]； λ—空气的导热系数，[W/m ?℃]； ν—空气的运动粘度，[m2/s]。

要通过实验确定空气横掠单圆管时的Nu 与Re 的关系，就需要测定不同流速v 及不同管子直径D 时换热系数h 的变化。因此，本实验中要测量的基本量为管子所处的空气流速v 、空气温度t

f 、管子表面温度t w 及管子表面散出的热量Q 。三、实验装置及测量系统

实验装置本体是由一风源和试验段构成。风源为一箱式风洞，风机、稳压箱、收缩口都设置在工作台内。风箱中央为空气出风口，形成均匀流速的空气射流。试验段的风道直接放置在出风口上。风道内的空气流量由变频器19来调节，可以改变实验段风道中空气流速。

图4-1为测定空气横掠单管平均换热系数的试验段简图。

1、电源开关

2、仪表开关

3、交流供电开关

4、交流调压旋钮

5、直流大功率电源

6、差压表

7、交流功率表

8、电流表

9、电压表 10、十六路温度巡检仪 11、四路温度巡检仪 12、毕托管 13、风道 14、单管试件15、供电电极 16、热电偶（测管壁温）17、热电偶（测来流温）18、分流器 19、变频器

实验段风道13由有机玻璃制成。试验件14为不锈钢薄壁管，横

置于风道中间。为了保证管子加热测量及管壁温度测量的准确性，管子用低压直流电直接通电加热，管子两端经接座与电源导板15连接，并易于更换不同直径的试验管。为了准确测定试验管上的加热功率，在离管端一定距离处有两个电压测点a、b，以排除管子两端的影响。铜-康铜电偶16设在管内，在绝热条件下准确测出管内壁温度，从而确定管外壁温度。

试验管加热用的低压大功率直流电源5供给，输出电流（压）可改变对管子的加热功率，电路中串联一标准电阻18。用直流电压表9测量电阻18上的电压降，然后确定流过单管试件的电流量。试件两测压点a、b间的电压亦用直流电压表测量。

为了简化测量系统，测量管内壁温度t w的热电偶，其参考点温度不是摄氏零度，而是来流空气温度t f。即热电偶的热端16设在管内，冷端17则放在风道空气中。所以热电偶反映的为管内壁温度与空气温度之差（t w-t f）。

风道上装有比托管12，通过差压变送器由压力表直接读数，测出试验段气流的动压△P，以确定试验段中气流的速度v。

四、实验步骤

（1）连接并检查所有线路和设备，合上背板上的空气开关，打开电源、仪表开关。此时交流供电开关应处于关闭状态！打开实验台右侧的变频器开关，调节风机频率到50Hz即最大风量观察毕托管测定风压值。

（2）打开大功率直流电源，将电流（压）调节旋钮旋至输出电

流为20-25A 。（注意：稳压电源提供的是恒流源。对试件的加热量主要看供给的电流大小，仪表会同时显示其输出电压值。）稳定后即可测量各有关数据。

（3）保持加热功率不变，风机频率减小，稳定后又可测到一组数据。试验时对每一种直径的管子，空气流速可调整8个工况。加热电流（压）保持不变，亦可根据管子直径及风速大小适当调整，保持管壁与空气中有适当的温差。每调整一个工况，须待压力表，热电偶读数等稳定后方能测量各有关数据。五、实验数据的计算与整理试验用二根不锈钢管：

直径D=4.0mm 和6.3mm 范围，管长为200 mm ，测压点ab 间距约100mm

1. 空气的来流速度v

根据伯努力方程，毕托管所测得的气流动压?P (N/m2)与气流速度v (m/s)的关系：

?P v =

122

ρ (Pa) (6-2-5) ρ

v ???=

2 (m/s) (6-2-6)

式中ρ为空气的密度（kg/m3)，由空气温度t

f 查表确定。 2、管壁温度t w

由铜-康铜热电偶测得, 试验管为有内热源的圆筒形壁，且内壁绝热，因此，内壁温度 t 1大于外壁温度t w 。由于所用管壁很薄，仅

0.2-0.3mm ，且空气对外管的换热系数较小，可足够确认的认为t w = t 1。３、试验管工作段ab 间的发热量 Q

Q = IU W (6-2-7) ４、空气流过管外壁时的平均换热系数 )

(f w t t A Q

h -=

W/(m ℃) (6-2-8)

其中：A--电压测点ab 间试验管的外表面积㎡５. 换热准则方程式

根据每一实验工况所测得的数值可计算出相应的Nu 值及Re 值，然后，在双对数坐标纸上，以Nu 为纵轴，Re 为横轴，将各工况点描出，它们的规律可近似地用一直线表示，即：

lg lg Re Nu a m =+ (6-2-9)

则Nu 和Re 之间的关系可近似表示为一指数方程的形式： Nu C m

=Re (6-2-10)

其中 a C =lg

如用 x =lg Re ，y Nu =lg ，上式则可表示为：

y a mx =+ (6-2-11)

根据最小二乘法原理，系数a 及m 可按下式计算：

a xy x y x x n x

--∑∑∑∑∑∑2

() (6-2-12)

m x y n xy x n x

--∑∑∑∑∑()2

(6-2-13)

式中：n —实验点的数目；

xy Nu =(lg Re)(lg )；

x22

=(lg Re)。

在计算Nu及Re时所用的空气导热系数λ、运动粘度ν，可根据

边界层的平均温度作为t

t t

f w

2作为定性温度查表。

六、实验报告要求

1. 在双对数坐标纸上描绘出各实验点，并用最小二乘法求出强迫对流换热的准则方程式；

2. 将实验结果与有关参考书给出的空气横掠单管时换热的准则方程式和曲线图进行比较；

3. 对实验结果进行分析与讨论。

七思考题

1结合实验数据，分析对流换热系数和风速的关系。

２测试得到的准则方程式与理论公式误差产生的原因。

八、注意事项

1、首先了解试验装置的各个组成部分，并熟悉仪表的使用，以免损坏仪器。

2、为确保管壁温度不至超出允许的范围，启动及工况改变时都必须注意操作顺序。启动电源之前，先将电源调节旋钮转至零位：

3、启动时必须先开风机，调整风速，然后对试验管通电加热，并调整到要求的工况。注意电流表上的读数，不允许超出工作电流参考值。试验完毕时，必须先关加热电源，待试件冷却后，再关风机。

４电流极限值27安加热管壁温不能超过100℃，皮托管压差不能小于25kPa

对流传热系数的测定

01 对流传热系数的测定一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求 1.掌握空气在普通和强化传热管内的对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的径。 2.把测得的数据整理成B Re n Nu=?形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。 3.了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。二、实验内容和原理在实际生产中，大量情况采用的是间壁式换热方式进行换热，就是冷、热流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，不直接接触，通过固体壁面进行热量交换。本实验主要研究汽—气综合换热，包括普通管和强化管。其中，水蒸气和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫铜管内，水蒸气走紫铜管外，采用逆流换热。所谓加强管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，使换热效果更明显。 1. 空气在普通和强化传热管内对流传热系数的测定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。

T t Figure 1间壁式传热过程示意图间壁式传热元件，在传热过程达到稳态后，有 ()()()()111222211122--α-α-Δp p W W m M m Q m c T T m c t t A T T A t t KA t =====（1）式中：Q ——传热量，s J /； 1m 、2m ——分别为热流体、冷流体的质量流量，s kg /； 1p c 、2p c ——分别为定性温度下热流体、冷流体的比热，()C kg J °?/； 1T 、2T ——分别为热流体的进、出口温度，C °； 1t 、2t ——分别为冷流体的进、出口温度，C °； 1α、2α——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对流传热系数，()2/W m C ??； 1A 、2A ——分别为热流体、冷流体测的传热面积，2m ； ()W M T T -、()w m t t -——分别为热流体、冷流体与固体壁面的对数平均温差，C °； K ——以传热面积A 为基准的总传热系数，( )C m W °?2/； A ——传热面积，2m ； m t Δ——冷、热流体的对数平均温差，C °。热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（2）计算： ()()()112211 22 ----ln -W W W m W W T T T T T T T T T T -= （2）式中：1W T 、2W T ——分别为热流体进、出口处热流体侧的壁面温度，C ?。冷流体与固体壁面的对数平均温差可由式（3）计算：

管强制对流传热计算

管强制对流传热计算公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

管内强制对流传热对于流体在圆形直管内作强制对流传热时，研究表明，Nu数与Pr数和Re数之间存在如图4-18所示的关系。由图可见，管内强制对流存在三个不同的区域：当Re<2300 时，流体的流动为层流状态，当 Re>10000时，流体的流动为旺盛湍流状态，一般认为2300

4-5_对流传热系数关联式

知识点4－5 对流传热系数关联式【学习指导】 1．学习目的通过本知识点的学习，了解影响对流传热系数的因素，掌握因次分析法，并能根据情况选择相应的对流传热系数关联式。理解流体有无相变化的对流传热系数相差较大的原因。 2．本知识点的重点对流传热系数的影响因素及因次分析法。 3．本知识点的难点因次分析法。 4．应完成的习题 4-11 在一逆流套管换热器中，冷、热流体进行热交换。两流体进、出口温度分别为t1=20℃、t2=85℃；T1=100℃、T2=70℃。当冷流体流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数不变，换热器热损失可忽略。 4-12 试用因次分析法推导壁面和流体间自然对流传热系数α的准数方程式。已知α为下列变量的函数： 4-13 一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热到80℃。空气在换热器的管内湍流流动。压强为180kPa的饱和蒸汽在管外冷凝。现因生产要求空气流量增加20％，而空气的进出口温度不变，试问应采取什么措施才能完成任务，并作出定量计算。假设管壁和污垢热阻可忽略。 4-14 常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在列管换热器的管间沿轴向流动，离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根ф19×2的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。

4-15 温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量流过直径为ф57×3.5mm、弯曲半径为0.6m的蛇管换热器而被冷却至30℃，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。 4-16 流量为720kg/h的常压饱和蒸汽在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器的列管直径为ф25×2.5mm，长为2m。列管外壁面温度为94℃。试按冷凝要求估算列管的根数（假设列管内侧可满足要求）。换热器的热损失可以忽略。 4-17 实验测定列管换热器的总传热系数时，水在换热器的列管内作湍流流动，管外为饱和蒸汽冷凝。列管由直径为ф25×2.5mm的钢管组成。当水的流速为1m/s时，测得基于管外表面积的总传热系数为2115W/(m2.℃)；若其它条件不变，而水的速度变为1.5m/s时，测得系数为2660 W/(m2.℃)。试求蒸汽冷凝的传热系数。假设污垢热阻可忽略。对流传热速率方程虽然形式简单，实际是将对流传热的复杂性和计算上的困难转移到对流传热系数之中，因此对流传热系数的计算成为解决对流传热的关键。求算对流传热系数的方法有两种：即理论方法和实验方法。前者是通过对各类对流传热现象进行理论分析，建立描述对流传热现象的方程组，然后用数学分析的方法求解。由于过程的复杂性，目前对一些较为简单的对流传热现象可以用数学方法求解。后者是结合实验建立关联式，对于工程上遇到的对流传热问题仍依赖于实验方法。一、影响对流传热系数的因素由对流传热的机理分析可知，对流传热系数决定于热边界层内的温度梯度。而温度梯度或热边界层的厚度与流体的物性、温度、流动状况以及壁面几何状况等诸多因素有关。 1．流体的种类和相变化的情况液体、气体和蒸汽的对流传热系数都不相同，牛顿型流体和非牛顿型流体也有区别。本书只限于讨论牛顿型流体的对流传热系数。流体有无相变化，对传热有不同的影响，后面将分别予以讨论。 2．流体的特性

对流换热计算式

关系式返回到上一层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。下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。 (4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。常热流层流，充分发展段，常壁温层流，充分发展段，充 - 充分发展段，气体， - 充分发展段，液体，；紊流，充分发展段，

对流传热系数的测定实验报告

浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：对流传热系数的测定指导教师：专业班级：姓名：学号：同组学生：实验日期：实验地点：

目录一、实验目的和要求 (2) 二、实验流程与装置 (2) 三、实验内容和原理 (4) 1.间壁式传热基本原理 (4) 2.空气流量的测定 (6) 3.空气在传热管内对流传热系数的测定 (6) 3.1牛顿冷却定律法 (6) 3.2近似法 (7) 3.3简易Wilson图解法 (8) 4.拟合实验准数方程式 (8) 5.传热准数经验式 (9) 四、操作方法与实验步骤 (10) 五、实验数据处理 (11) 1.原始数据： (11) 2.数据处理 (11) 六、实验结果 (14) 七、实验思考 (15)

一、实验目的和要求二、1）掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的三、因素和强化传热的途径；四、2）把测得的数据整理成形式的准数方程，并与教材中公认五、经验式进行比较；六、3）了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。七、实验流程与装置八、本实验流程图（横管）如下图1所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、只能显示仪表等构成。九、空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行换热交换，不凝气或未冷凝蒸汽通过阀门（F3和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器内管，热交换后从风机出口排出。十、注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选择，三者必学统一。十一、十二、十三、十四、

自然对流换热试验

自然对流换热实验报告一、实验目的（1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。（2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。（3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出 Pr Gr 的范围。二、实验原理对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即 r h c Φ-Φ=Φ （W ）式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；??? ???????? ??-??? ??=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以 ? ?????????? ??-??? ??---=4 f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UI h ε[]）（K /W ?m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，）（420K m /W 67.5?=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2?m 。当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。根据相似理论，自然对流换热的准则为 Pr),(Gr f Nr = 在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即 n Gr c Nr Pr)(= 式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。为

对流传热系数的测定

实验报告课程名称：过程工程原理实验（甲）Ⅰ指导老师：成绩：实验名称：对流传热系数的测定同组学生姓名：一、实验目的和要求 1.掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。 2.把测得的数据整理成n Nu形式的准数方程，并与公认式进行比较。 ARe = 3.了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。二、实验装置与流程本实验流程图如下图1、2所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计（变送器）、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、智能显示仪表等构成。空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器的壳程，与被风机抽进的空气进行换热交换，不凝气或未冷凝蒸汽通过阀门（F3和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器的管程，热交换后从风机出口排出。注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选取，三者必须统一。图1 横管对流传热系数测定实验装置流程图

图2 竖管对流传热系数测定实验装置流程图图中符号说明见下表所示三、实验内容和原理在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。所谓间壁式换热，就是冷、热两种流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两流体不直接接触，通过固体壁面（传热元件）进行热量交换。本装置主要研究汽—气综合换热，包括普通管和加强管。其中，水蒸汽和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫铜管内，水蒸汽走紫铜管外，采用逆流换热。所谓加强管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，使换热效果更明显。

自然对流强化换热

自然对流强化换热班级：14040203 姓名：吴端学号：2011040402121

1.概述当前，对于自然对流换热问题的研究没有强迫对流研究那样开展得广泛。一方面是由于自然对流强化效果没有强迫对流换热强化效果好；另一方面是由于自然对流强化的途径少难度大，所以自然对流的研究进展缓慢。但自然对流应用有自己的领域，强迫对流又有其制约因素，尤其是随着电子集成电路的发展，自然对流强化换热的问题越来越受到学者的关注。利用振动强化单相流体对流换热的方法可分为两种：一种是使换热面振动以强化换热；另一种是使流体脉动或振动以强化换热。研究表明，不管是换热面振动还是流体振动，对单相流体的自然对流和强制对流换热都是有强化作用的。振动可以增大流体间的扰动，干扰附面层的形成和发展，从而减小换热热阻，达到强化换热的目的。 2.原理利用振动可以强化传热早已为人们所认识，在1923年就有关于在静止流体中振动换热面以增强传热效果的相关研究。早期研究的主要手段为传热实验，随着数值计算方法及计算机技术的发展，自80年代人们开始对振动对流换热问题进行数值分析。研究结果表明，换热面在流体中振动时，根据振动系统的不同，自然对流换热系数可提高30%~2000%。。传热实验中，采用的振动源形式主要有以下几种： 1)机械振动或电动机驱动偏心装置产生，早期的实验均采用该方法； 2)流体绕流诱导传热元件产生，如在换热器中的管束： 3)超声波激励换热元件产生。下面分别就这三个方面分别展开综述，其中，A表示振幅，厂表示振动频率，D表示管直径，U表示来流速度，尺P表示雷诺数，h表示表面传热系数。机械振动为传热实验中最为常用的振动源，一般情况下，机械振动装置结构简单，并且能够比较方便调节振幅、频率等参数，这对于深入研究振动参数对传热的影响具有不可替代的作用。表1．2、1．3分别为自然对流、强制对流条件下振动传热研究概况，表中

对流换热与准则数

单相流体对流换热及准则关联式部分返回一、基本概念主要包括对流换热影响因素；边界层理论及分析；理论分析法（对流换热微分方程组、边界层微分方程组）；动量与热量的类比；相似理论；外掠平板强制对流换热基本特点。 1、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性? 答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。 2、在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大?为什么?有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗? 答：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由对流换热微分方程，对一定表面传热温差的同种流体λ与△t均保持为常数，因而可用绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。3、简述边界层理论的基本论点。答：边界层厚度δ、δt与壁的尺寸l相比是极小值；边界层内壁面速度梯度及温度梯度最大；边界层流动状态分为层流与紊流,而紊流边界层内,紧贴壁面处仍将是层流,称为层流底层；流场可以划分为两个区：边界层区（粘滞力起作用）和主流区，温度同样场可以划分为两个区：边界层区（存在温差）和主流区（等温区域）；对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻。 4、试引用边界层概念来分析并说明流体的导热系数、粘度对对流换热过程的影响。

实验四---强制对流下传热膜系数的测定Word版

实验四强制对流下传热膜系数的测定一、实验目的 1．掌握圆形光滑直管（或波纹管）外蒸汽、管内空气在强制对流条件下的对流传热膜系数的测定； 2．根据实验数据整理成特征数关联式。二、实验原理 1.特征数关联影响对流传热的因素很多，根据量纲分析得到的对流传热的特征数关联式的一般形式为：（4-1）式中C、m、n、l为待定参数。参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。目前，只能通过实验来确定特定范围的参数、本实验是测定空气在圆管内做强制对流时的对流传热系数。因此，可以忽略自然对流对对流传热系数的影响，则G r为常数。在温度变化不太大的情况下，空气的P r可视为常数、所以，准数关联式（4-1）可写成（4-2）或待定参数C和m可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，根据原理计算、分析求得。 2.传热量计算努赛尔数N u和雷诺数R e都无法直接用试验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。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，空气从管的末端排除管外，传递的热量由下式计算。（4-3）根据传热速率方程：（4-4）所以（4-5）式中：Q——换热器的热负荷（或传热速率），kJ/s； q m——冷流体（空气）的质量流量，kg/s； t1——空气的进口温度，℃； t2——空气的出口温度，℃； q V1——冷流体（空气）的体积流量，m3/s；

ρ1——冷流体（空气）的密度， kg/m 3； K ——换热器总传热系数， W/(m 2. ℃)； c pc ——冷流体（空气）的平均定压比热容， kJ/(kg.K)； A ——传热面积， m 2； Δt m ——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。 T ——蒸汽温度，K 。空气的体积流量及两种流体的温度等可以通过各种测量仪表测得，由式（4-5）即可算出传热系数K 。 3.对流传热系数的计算当传热面为平壁，或者当管壁很薄时，总传热系数和与各对流传热系数的关系可表示为：（4 -6）式中： α1——管内壁对空气的对流传热系数，W/(m 2 . ℃)； α2——蒸汽冷凝时对管外壁的对流传热系数，W/(m 2 . ℃)；当管壁热阻可以忽略（内管为黄铜管，黄铜导热系数λ比较大，而且壁厚b 较小）时：（4-7）由于蒸汽冷凝时的对流传热系数远大于管内壁对空气的对流传热系数，即α 2 ﹥﹥α1，所以K ≈α1。因此，只要在实验中测得冷、热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热量衡算求出套管换热器的总传热系数K 值，由此求得管内壁对空气的对流传热系数α1。 4.努塞尔数和雷诺数的计算（4 -8）（4-9）式中：λ——空气导热系数；W/(m. ℃)；

对流传热系数

广州大学学生实验报告开课学院及实验室：年月日学院化学化工年级专业化学112 姓名韦高威学号 1105100053 实验课程名称化工基础实验成绩实验项目名称对流传热系数测定实验指导老师一、实验目的二、实验原理三、使用仪器与材料四、实验步骤五、实验数据记录与处理六、实验结果及分析一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4 .0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失二、实验原理间壁式传热过程是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三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素物性：ρ，μ ，λ，cp 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，cp ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML-3]，μ[ML-1 T-1]，λ[ML T -3 Q-1]，cp [L2 T-2 Q-1]，l[L] ，u[LT-1]， βgΔT [L T -2]， α[MT-3 Q-1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ cp: Pr ＝cp μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 ???? ???=223,,μρβλμμρλαtl g c lu F l p 6）实验 Nu ＝ARea Prb Grc 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： m t A K t T t T t T t T A K Q ???=-----?=111 22112211 1ln ) ()( 热量衡算方程： )()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-= 圆管传热牛顿冷却定律： 2 2112211 22211221121 1ln ) ()(ln )()(w w w w w w w w T T T T T T T T A t t t t t t t t A Q -----?=-----?=αα 圆筒壁传导热流量：)]/()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54 .02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃] 三、实验流程 1、蒸汽发生器 2、蒸汽管 3、补水漏斗 4、补水阀 5、排水阀 6、套管换热器 7、放气阀 8、冷凝水回流管 9、空气流量调节阀 10、压力传感器 11、孔板流量计 12、空气管 13、风机图1、传热实验流程套管换热器内管为φ27×3.5mm 黄铜管,长1.25m,走冷空气，外管为耐高温玻璃管，壳程走100℃的热蒸汽。进、出口温度由铂电阻（Pt100）测量，使用时测温点位于管道中心。壁温1、壁温2由热电偶测量，测温点通过锡焊嵌入管壁中心，测量值为壁中心温度。蒸汽发生器加热功率为1.5kW ，变频器为西门子420型，风机为XGB 型旋涡气泵，最大静风压17kPa ，最大流量100 m3/h 。此外，还用到了北京化工大学化工原理实验室开发的数据采集与控制软件。四、实验操作 1、检查蒸汽发生器中的水位，约占液位计高度4/5左右，如不够需加水； 2、按下总电源、加热器、风机绿色按钮，开仪表开关，等待20分钟套管间充满水蒸汽； 3、约到15分钟时，观察壁温1、壁温2的变化以及水蒸汽的滴状冷凝情况； 4、当有蒸汽和不凝性气体从套管间排出时，全开流量调节阀，用鼠标点击上图中绿色按钮启动风机预热设备 5分钟； 5、通过计算机间隔3～4Hz 调节频率10→50→10Hz ，每个点稳定约1.5分钟记录数据，注意随时查看结果，

实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验

实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验一、实验目的 1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。 2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式13 Re Pr n Nu C =??。 3. 学习对流换热实验的测量方法。二、实验原理 1对流换热的定义对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。 2、牛顿冷却公式根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。即：h= )(f W t t A Q -Q A t =?? w/m 2·K （8-1）式中： Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m 2 ; w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃； f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃； t ?— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃； 3、影响h 的因素 1）.对流的方式：对流的方式有两种；（1）自然对流（2）强迫对流 2）.流动的情况：流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。

Re — 雷诺数， Re v ud = ，雷诺数Re 的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。上述公式中，d —外管径（m ），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。 3）.物体的物理性质： Pr — 普朗特数，Pr= α ν = cpμ/k 其中α为热扩散率, v 为运动粘度, μ为动力粘度；cp 为等压比热容；k 为热导率；普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比 4).换面的形状和位置 5).流体集体的改变相变换热：凝结与沸腾 4、对流换热方程的一般表达方式强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动强迫对流公式为(Re,Pr)Nu f = 自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。自然对流公式为Nu=f （Gr ，Pr ） 1）.Re=v ul = 雷诺数Re 的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。其中U 为速度特征尺度，L 为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。 2).Pr= α ν 定义：流体运动学黏性系数γ与导温系数κ比值的无量纲数 3).Nu=λ hd （努谢尔数） 4).Gr= 2 3 ν t gad ? 式中a 为流体膨胀系数，v 为流体可运动系数。格拉晓夫数，自然对流浮力和粘性力之比，控制长度和自然对流边界层厚度之比。 5、对流换热的机理热边界层热边界层的定义是：黏性流体流动在壁面附近形成的以热焓(或温度)剧变为特征的流体薄层热边界层内存在较大的温度梯度，主流区温度梯度为零。

对流换热公式汇总与分析..

对流换热公式汇总与分析【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。【关键词】对流换热类型公式适用范围对流换热的基本计算形式——牛顿冷却公式： )(f w t t h q -= )/(2m W 或2Am 上热流量 )(f w t t h -=Φ )(W 上式中表面传热系数h 最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即 ),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ= 综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表1所示。表1典型换热类型 1. 受迫对流换热 1.1 内部流动对流换热无相变换热受迫对流换热内部流动换热圆管内受迫流动非圆形管内受迫流动外部流动外掠平板外掠单管外掠管束（光管；翅片管）自然对流换热无限空间竖壁；竖管横管水平壁（上表面与下表面）有限空间夹层空间混合对流换热 — — — — 受迫对流与自然对流并存相变换热凝结换热垂直壁凝结换热水平单圆管及管束外凝结换热管内凝结换热沸腾换热大空间沸腾换热管内沸腾换热（横管、竖管等）

1.1.1 圆管内受迫对流换热 (1)层流换热公式西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为 14 .03/13/13/1)()(Pr Re 86.1w f f f f l d Nu μμ= 或写成 14 .03/1)()(86.1w f f f l d Pe Nu μμ= 式中引用了几何参数准则 l d ，以考虑进口段的影响。适用范围：16700Pr 48.0<<，75.9)(0044.0<

管内强制对流传热膜系数的测定

装订线实验报告课程名称：过程工程原理实验指导老师：成绩：__________________ 实验名称：管内强制对流传热膜系数的测定实验类型：________________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的 1、了解套管式换热器的结构和传热热阻的组成。 2、学习测定流体间壁换热总传热系数的实验方法。 3、掌握近似法和简易Wilson 图解法两种从传热系数实验数据求取对流传热膜系数的数据处理方法。 4、掌握根据实验数据获得传热准数经验公式的方法和数学工具。 5、掌握热电偶、UJ-36电位差计的长图式自动记录仪的使用方法。二、实验内容 1、在空气-水套管换热器中，测定一系列空气流量条件下冷、热流体进、出口温度。 2、通过能量衡算方程式和传热速率基本方程式计算总传热系数K i 的实验值。 3、分别用近似法、简易Wilson 图解法求取空气侧对流传热膜系数αi 。 4、根据实验获得的对流传热膜系数αi 和空气流速u i ，整理得到努赛尔数Nu 与雷诺数Re 之间的幂函数型经验公式。 5、把实验获得的经验公式与化工原理教材和参考书中的列出的同类公式进行比较，讨论其异同点。 6、根据实验装置情况分析实验测试数据的误差来源。三、实验原理流体与固体壁面间的对流传热过程可以用牛顿冷却定律描述： ()w Q A t A T t αα=?=? （1）式中 Q ——总传热速率，W ； α——对流传热膜系数，W/ m 2?K ；A——传热面积，m 2 ； T ——流体温度，K ；

对流传热实验实验报告

实验三对流传热实验一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。二、实验原理㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） * 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2）式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。管内换热面积： i i i L d S π= （3）式中：d i —内管管内径，m ；

L i —传热管测量段的实际长度，m 。、由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4）其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5）式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） ~ 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7）这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。㈡列管换热器传热系数的测定管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要

管内强制对流体传热膜系数的测定

取点对数分割： ΔX=(Xmax/Xmin)1/(n-1) = (80/25)1/ (5-1) X i+1=X i×ΔX X1=25 X2=33.4 X3=44.7 X4=59.8 X5=80 V1(mv) V2(mv) V W1(mv) V W2 (mv) V0(mv) V(mv) 压强（MPa） T1(℃) T2(℃) t w1 t w2 T0ρ0W 3.75 2.3 1.15 0.95 1.55 4 0 87.33 55.09 28.03 23.13 37.52 1.138 0.0168 3.65 2.2 1.1 0.95 1.75 3 0 85.18 52.78 26.81 23.13 42.27 1.121 0.0139 3.55 2.15 1.1 0.95 1.85 2.2 0.003 83.02 51.63 26.81 23.13 4 4.62 1.112 0.0111 3.5 2.05 1.05 0.95 1.95 1.6 0.004 81.93 49.30 2 5.59 23.13 4 6.97 1.104 0.0085 3.45 1.95 1.05 0.95 2.15 1.3 0.005 80.85 46.97 25.59 23.13 51.63 1.088 0.0069 下面举例计算均以第一组为例子： T1=-0.5436×3.752+25.522×3.75-0.7334=87.33 T2=-0.5436×2.32+25.522×2.3-0.7334=87.18 t w1=-0.9247×1.152+26.434×1.15-1.1502=28.03 t w2=-0.9247×0.952+25.522×0.95-1.1502=23.13 T0=-0.5436×1.552+25.522×1.55-0.7334=37.52 W=C√[ρ0(a×V-b)] [㎏/s] 已知C——孔板流量计的校正系数，这里的C=2.303×10-3 a=14.202 b=10.262 ρ0为孔板处的空气密度;[㎏/m3] ρ0=PM/RT0=101.33×103×29×10-3/[8.314×(37.52+273.15) ]=9.420 故W=2.303×10-3[1.138 (14.202×4-10.262)]^1/2=0.048 空气的质量流量W [㎏/s]比热容 C p J/(kg.C) T1(K) T2(K)Q Δt1Δt2Δt mα1 空气的导热系数λ w/(m. ℃) 换热管内径 d[m] Nu Re 0.0168 1009360.48328.24546.5159.331.9644.23195.040.02966 0.029 92.9336274.29 0.0139 1009358.33325.93454.4158.3729.6542.40282.440.02966 0.029 80.6030012.66 0.0111 1009356.17324.78351.5656.2128.540.79866.290.02966 0.029 64.8123966.94 0.0085 1009355.08322.45279.8556.3426.1739.34754.710.02966 0.029 53.4918353.06 0.0069 1009354320.12235.8855.2623.8437.37448.550.02966 0.029 47.4714898.37 Q= W.C p. (T1- T2) [W] 所以：Q=0.0168×1009(360.48-328.24)= 546.51 因为根据牛顿冷却定律：Q=α 1.A1.Δt m 即：α1= Q /A1.Δt m Δt m=(Δt1-Δt2)/㏑(Δt1/Δt2) ;Δt1= T1-t w1=87.33-28.03=59.3 ; Δt2=55.09-23.13=31.96 Δt m=(59.3-31.96)/㏑(59.3/31.96)= 44.231 A1=π×d×L=(33-2×2) ×10-3×1.43=0.130㎡ α1= 546.51 /(0.130.*44.231)= 95.04

空气沿横管外表面自然对流换热实验

实验三、空气沿横管外表面自然对流换热实验一、实验目的 1、测定无限空间内水平横管和空气间自由流动时的放热系数。 2、根据自由流动放热过程的相似分析，将实验数据整理成准则方程式。 3、通过实验加深对相似理论的理解，并初步掌握在相似理论指导下进行实验研究的方法。二、实验原理根据相似原理，空气自由流动放热过程准则方程由下式描述： )(γγP G f N u ?= 通常用幂函数形式来表示：n u P G c N )(γγ?= 通过实验确定准则方程式的函数形式，即确定准则方程式中的系数C 和指数n 。 λ αd N u = 2 32 2υβνβγt d g t g G ?= ?= α ν γ=P （ P γ准则数也可以根据定性温度由书后附录查得） d —定型尺寸即横管外径； g —重力加速度： t m —定性温度。 t m = 2 w f t t + △t — △t=t w -t f v —空气运动粘度； λ—空气导热系数； β—空气容积膨胀系数，β= 1 m T 为了具体确定（1）式，根据相似定理，通过实验测得或者从书后附录中查得上述所有物理量。而放热系数α是通过计算求得的。由热量平衡，水平横管内电加热器发出的热量等于横管上空气自由流动放热量加横管辐射换热热量。电加热器发热量 Q=IV （W ）横管上空气自由流动放热量 Q=αF （t w -t f ）（W ）其中；F=dI π2 （m ） I 为计算管长（m ）。横管辐射换热量 Q=4 4[100100 f o T T C F ωε-（）（） ] （W ）其中： ε—横管表面黑度，查附录7，磨光的铬ε=0.058； Co —黑体辐射系数，Co=5.67（W/㎡?K 4 ）由于： Q=Q 1+Q 2 即： IV=4[100f o T F t t C F ωωαω-+-4 f T （）（）（）]100 44 [] 100W O f T IV C F F t t ωεα--=-f T （）（）100（） W/㎡?℃ （2）三、实验装置实验装置有试验管（为降低辐射散热量的影响，试管表面镀铬抛光），放试验管的支撑架，转换开关盒等。测量仪表有电位差计，直流电源。试验管上有热电偶（4对）嵌入管壁，可反映出管壁的热电势；电位差计上的“未知”接线柱按极性和转换开关盒上的接线柱（红正黑负）相连，用于测量室内空气和管壁的热电势；直流电源可输入稳定的电压和电流，使加热功率保持恒定四、实验步骤： 1、连接加热器线路，经验查无误后即可接同电源，调节变压器到所需电压，进行加热。 2、正确连接热电偶测温线路， 3、每隔十分钟测热电偶电势一次，当电势不再随时间而变时，加热达到了稳定工况，以连续二次测定的平均值为测定结果，记录下来。 4、测定远离水平管处的空气温度t f 。 5、调节变压器，以达到在另一个温度下的稳定工况，以取得另外一组实验数据。