传热综合实验报告

范文一：传热综合实验报告

传热综合实验报告

传热综合实验报告示例

实验2 传热综合实验

一、实验目的

?通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数

的测定方法，加

0.4

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=ARePr数A、m的值。

中常

?通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—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。

?了解套管换热器的管内压降

和Nu之间的关系。

?通过对几种各具特点、不同形式的热电偶线路的实验研究，掌握热电偶的基本理论以及第三导线、补偿导线的概念，了解热电偶正确的使用方法。

二、实验内容与要求

三、实验原理

实验2-1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定

?对流传热系数对流传热系数

的测定

可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为io,所以传热管

内的对流传热系数

?i?

热冷流体间的总传热系数

K?Qi/??tm?si?

(W/m2??)

?i?

?tm?Si

(2-1)

式中:

—管内流体对流传热系数，W/(m2??);

Qi—管内传热速率，W; Si—管内换热面积，m2;

?tmi

—对数平均温差，?。

对数平均温差由下式确定:

?tmi?

(tw?ti1)?(tw?ti2)

(tw?ti1)(tw?ti2)

(

2-2)

式中:ti1，ti2—冷流体的入口、出口温度，?;

tw—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tw来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。管内换热面积:

Si??diLi

式中:di—内管管内径，m;

Li—传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式:

(2-3)

Qi?Wicpi(ti2?ti1)

其中质量流量由下式求得:

Wi?

Vi?i

3600(2-5)

(2-4)

式中:Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h; cpi—冷流体的定压比热，kJ / (kg??); ρi—冷流体的密度，kg /m3。

tm?

cpi和ρi可根据定性温度tm查得，

ti1?ti2

为冷流体进出口平均温度。ti1，ti2， tw， Vi

可采取一定的测量手段得到。

?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

?ARe

Pri

.(2-6)

?idi?i

，

uidi?i

其中:

Pri?

cpi?i

，

物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tm查得。经过计

算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以

认为是常数，则关联式的形式简化为:

?ARe

Pri

0.4

(2-7)

这样通过实验确定不同流量下的Rei与

，然后用线性回归方法确定A和m的值。

实验2-2、强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定

强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量;提高现有换热器的换热能力;使换热器能在较低温差下工作;并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。

螺旋线圈的结构图如图2-1所示，螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值以及管壁粗糙度(2d/h)为主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为Nu?BRe同。

在本实验中，采用实验2-1中的实验方法确定不同流量下的Rei

与法可确定B和m的值。

单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响)，可以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是:

NuNu

图2-1 螺旋线圈强化管内部结构

的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不

，用线性回归方

，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，

显然，强化比

NuNu

,1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强

化方式的真正效果和经济效益，则必须考虑阻力因素，阻力系数随着换热系数的增加而增加，从而导致换热性能的降低和能耗的增加，只有强化比较高，且阻力系数较小的强化方式，才是最佳的强化方法。

实验2-3、热电偶线路的形式和特点

理论上，由A、B两种不同金属丝直接接触组成的热电偶的热电势，是两个热电极的材料和冷热两端温度的函数，即:

EAB?t0,T??f?A,B,t0,T?

(2-8 )

热电偶回路具有特有的基本定律。根据这些基本定律，在使用中，又有第三导线、补偿导线等特殊用法。本实验要求从具体的实验结果数据中总结正确的结论，验证其基本规律，并熟悉热电偶线路、第三导线及补偿导线正确的联接方法。

四、实验装置

?实验流程图及基本结构参数:

图2-2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图(第1,6套)

1—普通套管换热器;2—内插有螺旋线圈的强化套管换热器;3—蒸汽发生器;,—旋涡气泵; 5—旁路调节阀;6—孔板流量计;7、8、9—空气支路控制阀;10、11—蒸汽支路控制阀; 12、13—蒸汽放空口;14—传热系数分布实验套盒(本实验不使用);15—紫铜管;16—加水口;

17—放水口;18—液位计;19—热点偶温度测量实验测试点接口;20—普通管测压口;21—强化管测压口

19 20

图2-3 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图(第7、8套)

1、普通套管换热器;2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器;3、蒸汽发生器;4、旋涡气泵; 5、旁路调节阀;6、孔板流量计;8、

9空气支路控制阀;10、11、蒸汽支路控制阀; 12、13、蒸汽放空口;14、蒸汽上升主管路;15、加水口;16、放水口;17、液位计; 18、冷凝液回流口;19—普通管测压口;20—强化管测压口

如图2-2及2-3所示，实验装置的主体是两根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。实验的蒸汽发生釜为电加热釜，内有2根2.5kW螺旋形电加热器，用200伏电压加热(可由固态调压器调节)。气源选择XGB-2型旋涡气泵，使用旁路调节阀调节流量。蒸汽空气上升管路，使用三通和球阀分别控制气体进入两个套管换热器。

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，由另一端蒸汽出口自然喷出，达到逆流换热的效果。空气经支路控制阀7后，进入蒸汽发生器上升主管路上的热电偶和传热系数分布实验管，可完成热电偶原理实验。

装置结构参数表2-1所示。

篇二:化工原理实验传热实验报告

传热膜系数测定实验(第四组)

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Nu?A?Rea?Pr0.4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

-3-1-1-3-12-2-1-1

ρ[ML]，μ[ML T]，λ[ML T Q]，cp [L T Q]，l[L] ，u[LT]，

-2-3-1

βgΔT [L T]， α[MT Q]]

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,cpμ/λ βgΔT: Gr,βgΔT l3ρ2/μ2 5)原函数无量纲化

?lucp??g?tl3?2? ?l?F???,,

???

6)实验

Nu,ARea Prb Grc

强制对流圆管内表面加热:Nu,ARea Pr0.4 圆管传热基本方程:

(T?t2)?(T2?t1)

?K1?A1??tm Q?K1?A11

T1?t2ln

T2?t1热量衡算方程:

Q?qm1cp1(T1?T2)?qm2cp3(t2?t1)

圆管传热牛顿冷却定律:

(t?t1)?(tw1?t2)(T?Tw1)?(T2?Tw2)

Q??1?A1w2??2?A21

tw2?t1T1?Tw1lnlntw1?t2T2?Tw2圆筒壁传导热流量:Q?

A2?A1

ln(A2/A1)ln[Tw2?tw2)/(Tw1?tw1)]

(Tw2?tw2)?(Tw1?tw1)

0.54

空气流量由孔板流量测量:qv?26.2??P [m3h-1，kPa]

空气的定性温度:t=(t1+t2)/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，调整布点及发现错误等;

6、加入静态混合器进行强化传热实验，先将出口温度计拔出，旋转放入混合器，再将温度计放回中心位置。调节频率10?50Hz，孔板压降最小值大于0.1kPa; 7、测完数据关风机，2分钟后，检查壁温100?基点偏差;

8、关闭加热器，与6步相同取出静态混合器放好，检查液位加水，关闭计算机。

五、实验数据

表1选择上行数据空气普通对流给热系数表(l=1.25,d=0.020m)，100?基点= 99.9?

2 空气强化对流给热系数表(加入混合器)，100?基点= 99.9 ?

六、实验结果作图及分析数据处理:

已知公式:??0.7063?2?10?4t?kg/m3 ??(1.71?0.005t)?10?5Pa?s

??(2.4513?0.0074t)?10?2?w/(m?k) Pr?0.7063?2?10?4t

Cp?1.005KJ?(Kg?K)

以表1中第一组数据为例:

(99.65?31.2)?(99.65?61.7)(t?t)?(tw?t2)

?tm =w1?=?501.09?

(tw?t1)(99.65?31.7)lnln(tw?t2)(99.65?61.7)

Vs?26.2?p

0.54

?26.2?4.27

0.54

?57.38 m?h

3?1

?558.63 J?s

-1

Q??VsCp(t2?t1)/3600?1.1072?57.38?1005?(61.7-31.2)/3600

QA?tm

558.63

3.14?0.02?1.25?51.09

?99.53

?139.28 w?m

-2

Nu?

?d?

du?

139.28?0.02

0.0280

Re?

4qm

?d?

4?Vs3600?d?

4?1.1072?57.38

3600?3.14?0.02?1.94?10

-5

?57793.99

Nup

0.4

99.530.697

0.4

?115.00

Pr?0.7063?2?10

t=0.7063-2?10

-4

*46.95=0.697

由公式lg

NuPr

0.4

?lgA?mlgRe可知，分别对Nu/Pr和Re取对数，并作图所作出的

直

线的斜率即为m;截距即为lgA.。普通

由图可知:m=0.73,lgA=-1.89,进而得出A=0.013。因此得出关联结

果为:

Nu?0.013Re

强化后

0.73

0.4

，继而得出传热膜系数??0.013

??dud(

)

0.76

(

cp?

)

0.4

篇三:传热实验实验报告

江苏大学

实验报告

完成报告所需时间________________教师评定______________________ ________________________________________________________

_______________________

实验传热实验

一(实验目的

1、了解换热器的结结构及用途。

2、学习换热器的操作方法。

3、了解传热系数的测定方法。

4、测定所给换热器的传热系数K。

5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之。

二(实验原理

根据传热方程Q=KA?tm，只要测得传热速率Q，冷热流体进出口温度和传热面积A，即可算出传热系数K。在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管式换热器来测定K,只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空气的流量即可。

在工作过程中，如不考虑热量损失，则加热空气释放出的热量Q1与自来水得到的热量Q2应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，实验中以Q2为准。

三、实验流程和设备

实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计等组成。空气走管程，自来水走壳程。列管式换热器的传热面积已标出为0.4?。

实验流程图

四、实验步骤及操作要领

1、通过模拟操作熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温

度计的作用。

2、实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器。

3.通过阀门控制所需的气体和水的流量。

4、待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出口温度。

5、按照所给数据调节水和空气流量，重复上一步。

6、实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门。

五、实验数据记录和整理

1、设备参数和有关常数

列管换热器的管数n =2根，空气进口温度T =120?，换热流型

错流; 换热面积 =0.4?

六、实验结果及讨论

1、求出换热器在不同操作条件下的传热系数。

计算第一组数据

Q=KA?tm =WcCpc(tc2-tc1)

tc=(tc1+tc2)/2=(22.4+26.5)/2=24.45?

查表并用内差法求得 Cpc=4.179kJ/(kg〃?);

先按逆流计算对数平均温度差?tmˊ

逆流:th1=120??th2=44.8?

tc2=26.5??tc1=22.4?

则?t1=(th2-tc1)=44.8-22.4=22.4?

?t2=(th1-tc2)=120-26.5=93.5?

所以?tmˊ=(?t1-t2)/(??t2/?t1)=49.759?;

错流时温度变化因素

P=(tc2-tc1)/(th1-tc1)=(26.5-22.4)/(120-22.4)=0.042

R=(th1-th2)/(tc2-tc1)=(120-44.8)/(26.5-22.4)=18.34

代入单壳程双管程温度系数计算公式得φ=0.977

则?tmˊ=0.977×49.76=48.62?

所以

K=WcCpc(tc2-tc1)/(A?tm)

=〔(80/3600)×4.179×1000×4.1〕/(0.4×48.62)=19.58W/(?〃?) 同理计算下两组数据填入表格

2、对比不同操作条件下的传热系数，分析数值，你可得出什么结论,

答:比较一二组可知当空气流量改变而水的流量不改变时，传热系数有很大变化，且空气流量越大，传热系数越大，传热效果越好;表较二三组可知，空气流量不变，水的流量改变时，传热系数变化不大。

综上可知，传热系数主要取决于热流体，热流体流量越大，传热效果越好。

3、转子流量计在使用时应注意什么问题,应如何校正读数,

答:转子流量计不能用于流量过大的流体测量，使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。

读数时应读转子的最大截面与玻璃管刻线相交处的数值，可以读初始值和最终值，取两者之差来校正读数。

4、针对该系统，如何强化传热过程才能更有效，为什么,

答:该系统传热效果主要取决于热流体，所以可以通过增加空气流量，提高其所占比例来强化传热效果。

5、逆流换热和并流换热有什么区别,你能用实验装置加以验证吗,

答:(1)逆流换热时热流体是冷热流体流动方向相反;而并流传热时，其冷热流体流动方向相同。

(2)在相同操作条件下，逆流换热器比并流换热器所需传热面积小。

所以可以改变冷热流体进出口方向，测得在相同传热效果下，逆并流所需传热面积大小，从而加以验证。

6、传热过程中，哪些工程因素可以调动,

答:可以增加传热面积，提高传热系数，或者增加对数平均温度差来提高传热效率。也可以尽量采用逆流传热来减小换热器面积，节约设备成本。

7、该实验的稳定性受哪些因素的影响,

(1)冷凝水流通不畅，不能及时排走;

(2)空气成分不稳定，导致被冷凝效果不稳定;

(3)冷热流体流量不稳定;

(4)传热器管表面的相对粗糙度。

8、你能否对此实验装置作些改进，使之能够用于空气一侧对流

传热系数的测定,

答:改成套管式换热器

范文二：传热综合实验报告示例

实验2 传热综合实验

一、实验目的

⒈通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数

的测定方法，加

0.4

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=ARePr数A、m的值。

中常

⒉通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—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。

⒊了解套管换热器的管内压降

和Nu之间的关系。

⒋通过对几种各具特点、不同形式的热电偶线路的实验研究，掌握热电偶的基本理论以及第三导线、补偿导线的概念，了解热电偶正确的使用方法。

二、实验内容与要求

三、实验原理

实验2-1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定

⒈对流传热系数对流传热系数

的测定

可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为i

内的对流传热系数

?i?

热冷流体间的总传热系数

K?Qi/??tm?si?

（W/m2·℃）

?i?

?tm?Si

（2-1）

式中：

—管内流体对流传热系数，W/(m2?℃)；

Qi—管内传热速率，W； Si—管内换热面积，m2；

?tmi

—对数平均温差，℃。

对数平均温差由下式确定：

?tmi?

(tw?ti1)?(tw?ti2)

(tw?ti1)(tw?ti2)

（2-2）

式中：ti1，ti2—冷流体的入口、出口温度，℃；

tw—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tw来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。管内换热面积：

Si??diLi

式中：di—内管管内径，m；

Li—传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：

（2-3）

Qi?Wicpi(ti2?ti1)

其中质量流量由下式求得：

Wi?

Vi?i

3600（2-5）

（2-4）

式中：Vi—冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； cpi—冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)； ρi—冷流体的密度，kg /m3。

tm?

cpi和ρi可根据定性温度tm查得，

ti1?ti2

为冷流体进出口平均温度。ti1，ti2， tw， Vi

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

?ARe

Pri

. （2-6）

?idi?i

，

uidi?i

其中：

Pri?

cpi?i

，

物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：

?ARe

Pri

0.4

（2-7）

这样通过实验确定不同流量下的Rei与

，然后用线性回归方法确定A和m的值。

实验2-2、强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定

强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。

螺旋线圈的结构图如图2-1所示，螺旋线圈由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距H与管内径d的比值以及管壁粗糙度（2d/h）为主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结了形式为Nu?BRe同。

在本实验中，采用实验2-1中的实验方法确定不同流量下的Rei与法可确定B和m的值。

单纯研究强化手段的强化效果（不考虑阻力的影响），可以用强化比的概念作为评判准则，它的形式是：

NuNu

图2-1 螺旋线圈强化管内部结构

的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不

，用线性回归方

，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是普通管的努塞尔准数，

显然，强化比

NuNu

＞1，而且它的值越大，强化效果越好。需要说明的是，如果评判强

实验2-3、热电偶线路的形式和特点

理论上，由A、B两种不同金属丝直接接触组成的热电偶的热电势，是两个热电极的材料和冷热两端温度的函数，即：

EAB?t0,T??f?A,B,t0,T?

（2-8 ）

四、实验装置

⒈实验流程图及基本结构参数：

图2-2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图（第1～6套）

1—普通套管换热器；2—内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；４—旋涡气泵； 5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀； 12、13—蒸汽放空口；14—传热系数分布实验套盒（本实验不使用）；15—紫铜管；16—加水口；

17—放水口；18—液位计；19—热点偶温度测量实验测试点接口；20—普通管测压口；21—强化管测压口

19 20

图2-3 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图（第7、8套）

1、普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器；4、旋涡气泵； 5、旁路调节阀；6、孔板流量计；8、9空气支路控制阀；10、11、蒸汽支路控制阀； 12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位计； 18、冷凝液回流口；19—普通管测压口；20—强化管测压口

如图2-2及2-3所示，实验装置的主体是两根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。实验的蒸汽发生釜为电加热釜，内有2根2.5kW螺旋形电加热器，用200伏电压加热（可由固态调压器调节）。气源选择XGB-2型旋涡气泵，使用旁路调节阀调节流量。蒸汽空气上升管路，使用三通和球阀分别控制气体进入两个套管换热器。

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

装置结构参数表2-1所示。

⒉实验的测量手段 ⑴空气流量的测量

空气主管路由孔板与差压变送器和二次仪表组成空气流量计，孔板流量计为标准设计，

其流量计算式为：

表2-1 实验装置结构参数

Vt0?21.64?

第①~④、⑥套实验装置：

Vt0?21.42?

（2-9）

第⑤套实验装置：

（2-10）

Vt0?23.80

第⑦、⑧套实验装置：

式中：?P—孔板流量计两端压差，KPa；

（2-11）

R—孔板流量计两端压差，mH2O柱；

t0—流量计处温度（本实验装置为空气入口温度），℃； ρ0—t0时的空气密度，kg/m3。

由于被测管段内温度的变化，还需对体积流量进行进一步的校正：

Vi?Vt0?

273?tm273?t0

（2-12）

⑵温度的测量

实验采用铜-康铜热电偶测温，温度与热电势的关系为：

T(℃)=8.5009+21.25678×E(mv) （2-13）

图2-4 传热实验中冷流体进出口温度及壁温的测量线路图

⒊热电偶线路温度测量实验面板图

t=0℃环境

t=T

较高

环境

观察热电偶线路的联接特点，注意毫伏电压表的铜导线、第三导线和补偿导线的联接位置以及毫伏电压表的安装位置各不相同，且各具特点。见图2-5。

图2-5热电偶线路基本结构图

五、注意事项

⒈由于采用热电偶测温，所以实验前要检查冰桶中是否有冰水混合物共存。检查热电偶的冷端，是否全部浸没在冰水混合物中。

⒉检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。

⒊必须保证蒸汽上升管线的畅通。即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀（见图2-2及2-3所示）之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，

再关闭另一侧，

且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。

⒋必须保证空气管线的畅通。即在接通风机电源之前，三个空气支路控制阀之一和旁路调节阀（见图2-2及2-3所示）必须全开。在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。

⒌调节流量后，应至少稳定5~10分钟后读取实验数据。

⒍实验中保持上升蒸汽量的稳定，不应改变加热电压，且保证蒸汽放空口一直有蒸汽放出。

六、报告内容

⒈实验2-1的原始数据表、数据结果表（换热量、传热系数、各准数以及重要的中间计算结果）、准数关联式的回归过程、结果与具体的回归方差分析，并以其中一组数据的计算举例。 ⒉实验2-2的原始数据表、数据整理表（换热量、传热系数、各准数、Nu0和强化比，还包括重要的中间计算结果）、准数关联式的回归结果。

⒊在同一双对数坐标系中绘制实验2-1、实验2-2的Nu~Re的关系图。 ⒋在同一坐标系中绘制实验2-1、实验2-2的△P~Nu的关系图。 ⒌对实验结果进行分析与讨论。

⒍对实验2-3的数据表，进行比较与讨论： ⑴ 1~7号线路的结构特点和实验结果； ⑵ 4、5号线路的结构特点和实验结果； ⑶ 8号线路的结构特点和实验结果。

范文三：化工传热综合实验报告

化工传热综合实验报告

化工原理实验传热实验报告

传热膜系数测定实验(第四组)

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Nu?A?Rea?Pr0.4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

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

-3-1-1-3-12-2-1-1

ρ[ML]，μ[ML T]，λ[ML T Q]，cp [L T Q]，l[L] ，u[LT]，

-2-3-1

βgΔT [L T]， α[MT Q]]

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,cpμ/λ βgΔT: Gr,βgΔT l3ρ2/μ2 5)原函数无量纲化

?lucp??g?tl3?2? ?l?F???,,

???

6)实验

Nu,ARea Prb Grc

强制对流圆管内表面加热:Nu,ARea Pr0.4 圆管传热基本方程:

(T?t2)?(T2?t1)

?K1?A1??tm Q?K1?A11

T1?t2ln

T2?t1热量衡算方程:

Q?qm1cp1(T1?T2)?qm2cp3(t2?t1)

圆管传热牛顿冷却定律:

(t?t1)?(tw1?t2)(T?Tw1)?(T2?Tw2)

Q??1?A1w2??2?A21

tw2?t1T1?Tw1lnlntw1?t2T2?Tw2圆筒壁传导热流量:Q?

A2?A1

ln(A2/A1)ln[Tw2?tw2)/(Tw1?tw1)]

(Tw2?tw2)?(Tw1?tw1)

0.54

空气流量由孔板流量测量:qv?26.2??P [m3h-1，kPa]

空气的定性温度:t=(t1+t2)/2 [?]

三、实验流程

图1、传热实验流程

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;

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，调整布点及发现错误等;

8、关闭加热器，与6步相同取出静态混合器放好，检查液位加水，关闭计算机。

五、实验数据

表1选择上行数据空气普通对流给热系数表

(l=1.25,d=0.020m)，100?基点= 99.9?

2 空气强化对流给热系数表(加入混合器)，100?基点=

99.9 ?

六、实验结果作图及分析数据处理:

已知公式:??0.7063?2?10?4t?kg/m3 ??(1.71?0.005t)?10?5Pa?s

??(2.4513?0.0074t)?10?2?w/(m?k) Pr?0.7063?2?10?4t Cp?1.005KJ?(Kg?K)

以表1中第一组数据为例:

(99.65?31.2)?(99.65?61.7)(t?t)?(tw?t2)

?tm =w1?=?501.09?

(tw?t1)(99.65?31.7)lnln(tw?t2)(99.65?61.7)

Vs?26.2?p

0.54

?26.2?4.27

0.54

?57.38 m?h

3?1

?558.63 J?s

-1

Q??VsCp(t2?t1)/3600?1.1072?57.38?1005?(61.7-31.2)/3600

QA?tm

558.63

3.14?0.02?1.25?51.09

?99.53

?139.28 w?m

-2

Nu?

?d?

du?

139.28?0.02

0.0280

Re?

4qm

?d?

4?Vs3600?d?

4?1.1072?57.38

3600?3.14?0.02?1.94?10

-5

?57793.99

Nup

0.4

99.530.697

0.4

?115.00

Pr?0.7063?2?10

t=0.7063-2?10

-4

*46.95=0.697

由公式lg

NuPr

0.4

?lgA?mlgRe可知，分别对Nu/Pr和Re取对数，并作图所作出的

直

线的斜率即为m;截距即为lgA.。普通

由图可知:m=0.73,lgA=-1.89,进而得出A=0.013。因此得出关联结

果为:

Nu?0.013Re

强化后

0.73

0.4

，继而得出传热膜系数??0.013

??dud(

)

0.76

(

cp?

)

0.4

篇二:化工传热综合实验

化工传热综合实验装置

说明书

天津大学化工基础实验中心

2011(7

强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，从

而减小换热器的体积和重量，提(来自:WWw.XieLw.com 写论文网:化工传热综合实验报告)高现有换热器换热能力，减小换热阻力，降低换热器动力消耗，使换热器在较低温差下就可以工作，从而有效地利用能源，节省资金。强化传热的方法有多种，本实验装置采用的是在换热器内管插入螺旋线圈

的方法来达到强化传热的目的。

螺旋线圈内部结构如图-1所示，线圈

由直径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距

绕成。在普通套管换热器内将金属螺旋线

圈插入并固定，即构成强化传热管。靠近

管壁区域，流体一方面受到螺旋线圈的作

用而发生旋转，一方面还周期性地受到线

圈螺旋金属丝的扰动，使湍流程度增大，

减小层流内层厚度，从而达到强化传热的

目的。由于绕制线圈的金属丝直径很细，流体旋流强度较弱，所以流动阻力小，

有利于节省能源。螺旋线圈以线圈节距H与管内径d的比值为技术参数，另外，

管长与管径之比(管径比)是影响传热效果和阻力系数的重要因素。强化传热的

机理较为复杂，经过多年实验研究，人们总结出了Nu?BRe的经验公式，其中

B和m值的大小因螺旋丝尺寸不同而变化。

按照实验方法操作，确定不同流量下Rei与Nu的数值，再通过线性回归最终

确定B和m的数值。

单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响)，可以用强化比的概念

作为评判指标，它的形式是:Nu/Nu0，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu0是普

通管的努塞尔准数，显然，强化比Nu/Nu0,1，且比值越大，强化效果越好。

1.传热综合实验装置流程图见图-2，仪表面板示意图见图-3。 m图-1 螺旋线圈内部结构

图-2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

1-液位计;2-储水罐;3-排水阀;4-蒸汽发生器;5-强化套管蒸汽进口阀;

6-光滑套管蒸汽进口阀;7-光滑套管换热器;8-内插有螺旋线圈的强化套

管换热器;9-光滑套管蒸汽出口;10-强化套管蒸汽出口;11-光滑套管空

气进口阀;12-强化套管;空气进口阀;13-孔板流量计;14-空气旁路调

节阀;15-旋涡气泵

2.实验装置主要技术参数

1.传热管结构参数见附表一

表一:传热管结构参数

图-3 实验仪表面板图

2.空气流量计

(1)孔板压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。

空气流量由公式(1)计算:

Vt0?22.696?(?P)0.5(1)

式中:Vt0- 20? 下的体积流量，m3/h ;

?P-孔板两端压差，KPa;

?t1-空气在入口温度(即流量计处温度)下的密度(kg/m3)。

(2)实验条件下空气流量V (m3/h)计算:

V?Vt0?273? (2) 273?t0

式中:V-实验条件(管内平均温度)下空气流量，m3/h;

-换热器管内平均温度，?;

t1-换热器内管空气进口(即流量计处)温度，?。

3.温度测量

(1)空气进入传热管测量段前的温度t1(?)由电阻温度计测量，数字显示仪

表直接读出。

(2)空气流出传热管测量段时的温度t2 (?)由电阻温度计测量，数字显示

仪表直接读出。

(3)管外壁面平均温度tw(?)由数字温度计测量,热电偶由铜-康铜组成。

4.蒸汽发生器:

产生水蒸汽的装置,?内装2.5kw电热器一支, 加热电压控制160伏左右，加热约15分钟后水开始沸腾有蒸汽产生。蒸气发生器旁边配有方型水箱，可连续向蒸汽发生器内注水。每次实验前应先检查水箱液位，其液位不得低于水箱高度三分之二时方可加热，以免由于缺水使加热器干烧造成事故。

5.气源(鼓风机)又称旋涡气泵, 型号XGB-12。

6.稳定时间，是指当外管内充满饱和蒸汽,并从不凝气排出口有适量汽(气)体排出时,调节好空气流量3-5分钟左右，空气出口温度t2(?)可基本稳定不变此段

时间称为稳定时间。

三、实验方法及步骤:

1.实验前的检查准备工作:

(1)向水箱中加水至液位计上端，保证水箱液位不低于水箱高度三分之二。

(2)检查空气旁路调节阀是否全开。

(3)检查蒸气管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线畅通。

2. 开始实验:

(1)接通电源总开关，设定加热电压(不大于200V)，启动电加热器开始加热。

(2)当有水蒸气从套管换热器不凝气排出口冒出时开始实验。请注意整个实验

过程中要始终保持该出口有水蒸气冒出。

(3)启动风机，通过旁路调节阀调节空气流量,保持一定流量，稳定3-5分钟，

分别测取空气的流量、空气进、出口温度，由温度巡检仪测量(提示:下标1代表光滑管空气入口温度、2代表光滑管空气出口温度、3代表粗糙管空气入口温度、4代表粗糙管空气出口温度),换热器内管壁面的温度由温 4

篇三:化工原理实验报告:传热实验

化工原理实验报告

实验名称:传热膜系数测定实验实验时间:2012年11月姓名:

班级:学号:同组人:

正文

一. 报告摘要:套管换热器为本实验的研究对象，而以冷空气及热蒸汽

为介质，冷空气走黄铜管内，热蒸汽走环隙。研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。后测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu，做出lg(Nu/Pr0.4),lgRe的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A和m值。

二(实验目的及任务:

1、掌握传热膜系数α及传热系数K的测定方法;

2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m、n的方法;

3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。

三(实验原理:

研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为:

Nu?A?Re?PrGr

对于强制湍流有: Nu?ARemPrn

用图解法对多变量方程进行关联，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4(流体被加热)。在两边取对数，得到直线方程为

NuPr

0.4

?lgA?mlgRe

在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A，即A?

du?

Cp?

NuPr

0.4

其中 Re?

,Pr?

,Nu?

?d?

实验中改变空气的流量，以改变Re值。根据定性温度计算对

应的Pr值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu值。

牛顿冷却定律为 Q???A??tm 其中α——传热膜系数，W/(m2??); Q——传热量，W; A——总传热面积，m2;

Δtm——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，?。传热量可由下式求得

Q?W?Cpt2?t1/3600???V?Cpt2?t1/3600 其中W——质量流量，kg/h;

cp——冷空气的比定压热容，J/(kg??); t1,t2——冷空气的进，出口温度，?; ρ——定性温度下流体密度，kg/m3;V——冷空气体积流量，m3/h。

空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量V与孔板流量计压降Δp的关系为

V?26.2?p0.54

式中，Δp——孔板流量计压降，kPa; V——空气流量，m3/h。

????

四( 实验装置及其说明

1、设备说明

本实验空气走内管，蒸汽走管隙(玻璃管)。内管为黄铜管，其内径为

0.020m，有效长度为1.25m。空气进、出口温度和管壁温度分别由铂电阻(Pt100)和热电偶测得。测量空气进、出口的铂电阻应

置于进、出管得中心。测量管壁温度用一支铂电阻和一支热电偶分别固定在管外壁两端。孔板流量计的压差由压差传感器测得。

本实验使用的蒸汽发生器由不锈钢材料制成，装有玻璃液位计，加热功率为1.5kW。风机采用XGB型漩涡气泵，最大压力17.50kPa，最大流量100m3/h。 2 、采集系统说明

(1)

压力传感器

本实验装置采用ASCOM5320型压力传感器，其测量范围为0~20kPa。 (2)

显示仪表

在实验中所有温度和压差等参数均可由人工智能仪表读取，并实验数据的在线采集与控制，测量点分别为:孔板压降、进出口温度和两个壁温。 3、流程说明

本实验装置流程图如下所示，冷空气由风机输送，经孔板流量计计量以后，进入换热器内管(铜管)，并与套管环隙中的水蒸气换热。空气被加热后，排入大气。空气的流量由空气流量调节阀调节。蒸汽由蒸汽发生器上升进入套管环隙，与内管中冷空气换热后冷凝，再由回流管返回蒸汽发生器。放气阀门用于排放不凝性气体，在铜管之前设有一定长度的稳定段，用于消除端效应。铜管两端用塑料管与管路相连，用于消除热效应。

五(实验装置图

套管式换热实验装置和流程

1-风机，2-孔板流量计，3-空气流量调节阀，4-空气入口测温点，5-空气出口测温点，

6-水蒸气入口壁温，7-水蒸气出口壁温，8-不凝性气体放空阀，

9-冷凝水回流管，10-蒸汽发生器，11-补水漏斗，12-补水阀，13-排水阀

六(实验过程

1.实验开始前，先弄清配电箱上各按钮与设备的对应关系，以便正确开启按钮。 2.检查蒸汽发生器中的水位，使其保持在水罐高度的1/3~2/3。

3.按下总电源开关，关闭蒸汽发生器补水阀，启动风机，接通蒸汽发生器的发热电源，保持放气阀打开，调整好热电偶位置。

4.用计算机控制风机频率为50Hz，待仪表数值稳定后，记录数据;再每降低3Hz取一实验点，同样等仪表数值稳定后，记录数据，重复实验，12~13次。 5.将静态混合器插入管中，并将其固定，再次调整好热电偶温度计，将风机频率调回50Hz，待仪表数值稳定后，记录数据;每降低3Hz取一实验点，同样等仪表数值稳定后，记录数据，重复实验，12~13次。

6.实验结束后，先停蒸汽发生器电源，再停风机，清理现场，给蒸汽发生器灌水。

七(实验数据处理及结果

1、测定空气普通对流传热膜系数的数据及计算结果(l=1.25,d=0.020m)

序号 1 2 3 4 5 6 t出/? t进/? tw1/? 60.2 61.1 61.5 61.6

61.5 61.4 30.0 30.2 29.7 28.4 27.1 25.3 100.0 100.0 100.0 100.0 99.9 99.9 tw2/?

Δp/kPa f/Hz 3.79 3.10 2.46 1.91 1.51 1.15 50.00 45.00 40.00 35.00 31.00 27.00 Δp'/kPa qv/(m3/h)

3.23 2.70 2.20 1.75 1.45 1.16 164.42 165.01 163.53 159.62 155.63 149.96 99.4 99.5 99.6 99.7 99.7 99.8 7 61.5 23.6 99.9 99.9 8 61.6 22.1 99.8 99.9 9 61.9 21.1 99.7 100.0 10 62.4 20.5 99.8 100.1 11

63.2 20.1

100.0

100.1

序号 t定/? ρ(kg/m3) μ(μPa?s) 1 45.10 1.1102 19.36

2 45.65 1.1082 19.38 3 45.60 1.1084 19.38 4 45.00 1.1105 19.35 5 44.30 1.1130 19.32 6 43.35 1.1163 19.27 7 42.55 1.1191 19.23 8 41.85 1.1215 19.19 9 41.50 1.1228 19.18 10 41.45 1.1229 19.17 11

41.65

1.1222

19.18

序号 Pr Re

1 0.696 54595 2 0.696 48826 3 0.696 43107 4 0.696

37731 5 0.696 33368 6 0.696 28962 7 0.696 24555 8 0.696 21287 9 0.696 18054 10 0.696 14674 11

0.696

11372 以第一组数据为例，计算过程如下:0.84 23.00 0.90

0.64 20.00 0.73 0.47 17.00 0.58 0.32 14.00 0.45 0.20

11.00

0.34

λ(W/(m?K)) Cp(kJ/kg?K) 0.02796 1.005 0.02800 1.005 0.02799 1.005 0.02795 1.005 0.02790 1.005 0.02783 1.005 0.02778 1.005 0.02773 1.005 0.02771 1.005 0.02770 1.005 0.02772

1.005

Nu/pr0.

86.20 99.647 79.76 92.202 72.47 83.775 65.58 75.81 59.49 68.77 53.35 61.672 46.91 54.228 42.02 48.575 36.69 42.413 30.62 35.397 24.51 28.333

144.44 139.40 135.96 133.86 132.44

范文四：《精品》传热综合实验实验报告

传热综合实验

一、实验目的:

1、掌握传热系数K、传热膜系数α 1 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理

解;

2、掌握用最小二乘法确定关联式

中常熟A、指数m 的值;

3、通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措

施;

4、掌握孔板流量计的原理;

5、掌握测温热电偶的使用方法。

二、实验原理

(一)无量纲准则数

对流传热准数关联式是无量纲准则数之间的方程，主要是有关 Nu、Re、Pr 等数

据组

的关系。

雷诺准数

努赛尔特准数

普兰特准数

式中:

d——换热器内管内劲，m ;

——空气传热膜系数，W?m

-2

??;

——空气密度,kg?m

-3

;

——空气的传热系数,W?m

-1

??;

C ——空气定压比热，J?kg

-1

??;

——空气的动力粘度，Pa?S。

实验中用改变空气的流量来改变准数Re 之值。根据定性温度计算对应的Pr 准数值。

同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而算得Nu 准数值。

(二)对流传热准数关联式

对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成:

n m

系数C、指数m和n 则需由实验加以确定。通过实验测得不同流速下孔板流量计的压

差，空气的进、出口温度和换热器的壁温，根据所测的数据，经过差物性数据和计算，可求

出不同流量下的 Nu 和 Re，然后用线性回归方法(最小二乘法)确定关联式

中

常数A、m 的值。

(三)线性回归

用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量 Re 和 vPr 分别回归。为了便于掌

握这类方程的关联方法，可去n=0.4。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方

程

Re lg lg

4 . 0

m C

在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函

数值带入方程中得到系数C，即

Re Pr

4 . 0

用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。而用最小二乘法回归，

可以

得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到C、m、

n。

(四)空气传热膜系数

因为空气传热膜系数远小于蒸汽传热膜系数，所以传热管内的对流传热

系数

约等于冷热流体间的总传热系数K。则有

(1)传热速率方程: ;

式中:A——传热面积(内管内表面积)，m

;

——管内外流体的平均温差，?。

2 1

t t

其中，

1 1

，

2 2

T——蒸汽侧的温度，可近似用传热管的外壁面平均温度TW 表示，

TW=1.2705+23.518×E

E——热电偶测得的热电势，mV。

(2)传热量Q 可由热平衡方程求得:

3600 / ) ( 3600 / ) (

1 2 1 2

t t p C V t t p C

w ——空气质量流量，kg/h;

V——空气体积流量，m

/h;

t1,t2——空气进出口温度，?。

(3)实验条件下的空气流量V,需按下式计算

273

V V

式中:

V ——20?下的体积流量;

t ——空气进出口平均温度，?。

(五)强化传热机理

强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小

换热器

的体积和重量;提高现有换热器的换热能力;使换热器能在较低温差下工作;并

且能够减少

换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的

方法有多种，

本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。

螺旋线圈的结构图如图1 所示，螺旋线圈由直

径 3mm 以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金

属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化

传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作

用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金

属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈

的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻

力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距

H 与管内径d 的比值以及管壁粗糙度(

h d / 2

)为

主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实

验研究总结

了形式为

的经验公式，其中B 和m 的值因螺旋丝尺寸不同而不同。

单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响)，可以用强化比的概念作为评判准

则，它的形式是:

Nu Nu

，其中Nu 是强化管的努塞尔准数，Nu

是普通管的努塞尔准数，

显然，强化比

Nu Nu

,1，而且它的值越大，强化效果越好。

三、实验装置与流程:

(一)流程

图2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

1、普通套管换热器;2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器;3、蒸汽发生器;4、

旋涡气泵;

图1 强化管内部螺旋线内部结构

5、旁路调节阀;6、孔板流量计;8、9 空气支路控制阀;10、11、蒸汽支路控制阀;

12、13、蒸汽放空口;14、蒸汽上升主管路;15、加水口;16、放水口;17、液位计;

18、冷凝液回流口;19—普通管测压口;20—强化管测压口

来自鼓风机的空气通过调节阀1 转子流量计2 和换热管3，经换热后排空。热量由缠绕

在换热管表面的电热丝4 供给;空气流量由转子流量计2 测定;进、出口空气温度由温度计

读取，其进口压强由U 形管液柱压差计显示;壁温由热电偶测量。

(二)实验装置主要参数

表1 实验装置结构参数

实验内管内径d

(mm) 20.00

实验内管外径d

(mm) 22.0

实验外管内径D

(mm) 50

实验外管外径D

(mm) 57.0

测量段(紫铜内管)长度l(m) 1.00

强化内管内

插物尺寸

丝径h(mm) 1

节距H(mm) 40

加热釜

操作电压(V) ?200

操作电流(A) ?10

四、实验方法与步骤

(一)实验前的准备及检查工作

1. 向电加热釜加水至液位计上端红线处。

2. 向冰水保温瓶中加入适量的冰水，将热电偶的补偿冷端插入其中。

3. 检查空气流量旁路调节阀是否全开，电压调节电位器是否旋至最左端。

4. 检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。

5. 检查强化管支部各控制阀是否已关闭。

6. 接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。

(二)实验开始

1. 一段时间后水沸腾，水蒸气自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量

蒸汽排出，标志着实验可以开始。

2. 约加热10min 后，可提前启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度t1 比较稳定。

3. 调节空气流量旁路阀的开度，使压差计的读数为所需的空气流量值。

4. 稳定5-8min 可转动各仪表选择开关读取t1、t2 和E 值。

5. 重复(3)和(4)，共做5-7 个空气流量值。

6. 最小最大流量值一定要做。

7. 在整个实验过程中，加热电压可以保持不变，也可随空气流量的变化作适当的调节。

(三)实验过程

转换支路，重复步骤2 的内容，进行强化套管换热器的实验。测定5-6 组实验数据。

(四)实验结束

1. 关闭加热开关。

2. 过5min 后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。

3. 切断总电源。

4. 若需几天后再做实验，则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。

五、实验结果

1.原始数据及数据处理

表2 普通套管实验数据处理表格

普通管 1 2 3 4 5 6

ΔP/kpa 3.35 2.68 2.06 1.45 0.73 0.24

/? 43.6 43.8 42.3 40.8 39 37.7

/? 66.8 67.4 67.3 67.4 68.1 69.6

E/mV 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06

/? 96.7536 96.7536 96.7536 96.7536 96.7536 96.7536

t/? 55.2 55.6 54.8 54.1 53.55 53.65

/(kg?m

-3

) 1.1176 1.1168 1.1226 1.1284 1.1354 1.1404

ρ/(kg?m

-3

) 1.0727 1.0711 1.0742 1.0769 1.0791 1.0787

10^2*λ/

(W?m

-1

)

2.8601 2.8628 2.8573 2.8525 2.8487 2.8494

Cp/( kJ?kg

-1

)

1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005

μ/(μPa?s) 19.8147 19.8344 19.7951 19.7606 19.7336 19.7385

Δt/? 23.2 23.6 25 26.6 29.1 31.9

Δt

/? 40.4508 39.9999 40.6813 41.2334 41.5176 41.0587

/( m

-1

) 34.7005 30.6157 26.3235 21.5390 14.5855 7.7777

V/( m

-1

) 35.9719 31.7561 27.3671 22.4519 15.2657 8.1769

u/( m?s

-1

) 31.8061 28.0785 24.1979 19.8519 13.4978 7.2300

Q/w 249.9074 224.0989 205.1746 179.5492 133.8183 78.5472

α/W?m

-2

?K 98.3269 89.1663 80.2692 69.3034 51.2983 30.4471

Re 34436.3381 30326.5213 26262.7813 21637.8928 14761.5052 7902.0549

Nu 68.7585 62.2926 56.1851 48.5915 36.0152 21.3709

Pr 0.6963 0.6963 0.6963 0.6962 0.6962 0.6962

Nu/ Pr

0.4

79.4722 71.9980 64.9404 56.1646 41.6290 24.7020

Ln(Re) 10.4469 10.3198 10.1759 9.9822 9.5998 8.9749

Ln(Nu) 4.2306 4.1318 4.0287 3.8834 3.5839 3.0620

Ln(Nu/ Pr

0.4

) 4.3754 4.2766 4.1735 4.0283 3.7288 3.2069

表3 强化套管换热器实验数据处理表

强化管 1 2 3 4 5 6

ΔP/kpa 2.7 2.23 1.7 1.22 0.76 0.14

/? 41.8 41.3 39.5 37.4 35.7 33.5

/? 77.2 77.4 77.3 77.1 77.3 79.4

E/mV 4.05 4.05 4.05 4.05 4.04 4.04

/? 96.5184 96.5184 96.5184 96.5184 96.2832 96.2832

t/? 59.5 59.35 58.4 57.25 56.5 56.45

/(kg?m

-3

) 1.1245 1.1265 1.1334 1.1416 1.1481 1.1566

ρ/(kg?m

-3

) 1.0560 1.0566 1.0603 1.0647 1.0676 1.0678

10^2*λ/

(W?m

-1

)

2.8897 2.8886 2.8821 2.8742 2.8690 2.8687

Cp/( kJ?kg

-1

) 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005

μ/(μPa?s) 20.0262 20.0188 19.9721 19.9156 19.8787 19.8762

Δt/? 35.4 36.1 37.8 39.7 41.6 45.9

Δt

/? 34.0011 34.0359 34.7584 35.6591 35.8478 34.9483

/( m

-1

) 30.6248 27.4721 23.4980 19.4161 14.8263 5.6964

V/( m

-1

) 32.3467 29.0498 24.9192 20.6577 15.8253 6.1229

u/( m?s

-1

) 28.6008 25.6856 22.0334 18.2655 13.9927 5.4139

Q/w 337.5761 309.3329 278.8111 243.7684 196.2152 83.7793

α/W?m

-2

?K 158.0151 144.6469 127.6645 108.7997 87.1145 38.1531

Re 30163.6339 27114.0369 23394.2097 19530.2864 15030.2441 5817.0698

Nu 109.3654 100.1488 88.5913 75.7083 60.7278 26.5999

Pr 0.6965 0.6965 0.6964 0.6964 0.6963 0.6963

Nu/ Pr

0.4

126.3902 115.7394 102.3856 87.4995 70.1874 30.7434

Ln(Re) 10.3144 10.2078 10.0602 9.8797 9.6178 8.6686

Ln(Nu) 4.6947 4.6067 4.4840 4.3269 4.1064 3.2809

Ln(Nu/ Pr

0.4

) 4.8394 4.7513 4.6287 4.4716 4.2512 3.4257

2.实验数据处理过程

以普通管第一组数据为例

孔板流量计压差Δ P=3.35kPa,进口温度 t1=43.6?，出口温度 t2=66.8?，壁面温度

热电势

4.06mV.

已知数据及有关常数:

(1) 传热管内径di 及流通段面积F

di=20.0mm=0.0200m

F=л (di

)/4=3.142*0.0200

/4=0.0003142m

(2) 传热管有效长度L 及传热面积Si L=1.00m

Si=л Ldi=3.142*1.00*0.0200=0.06284m

(3) t1 为孔板处空气的温度，为由此值查得空气的平均密度ρ

当t1=43.6?时，ρ =1.1176 kg/m

(4) 传热管，测量段上空气平均物性常数的确定

先算出测量段上空气的定性温度t /?

t= (t1 +t2)/2=(43.6+66.8)/2=55.2?

查得:

测量段上空气的平均密度ρ =1.0727(kg/m

)

测量段上空气的平均比热Cp=1005(J/kg?k)

测量段上空气的平均导热系数λ =0.028601 (W/m?k)

测量段上空气的平均黏度μ =19.8147 (?Pa?s)

测量段上空气的平均普朗特准数的0.4 次方为:Pr

0.4

=0.6963

0.4

=0.8652

(5)空气流过测量段上平均体积V(m

/h)的计算:

563 . 0

703 . 18

=34.7005 (m

/h)

9719 . 35

273

V V

/h)

(6) 冷热流体间的平均温度差Δ tm/?的计算:

96.7536 4.06 23.518 1.2705 T

Δt

=40.4508?

(7) 其余计算

249.9074W 43.6) - (66.8 1005 1.0727 35.9719 3600 / ) (

1 2

传热速率

α =Q/(Δt

??)

传热准数28601=68.7585

测量段上空气的平均流速

31.8061

(m/s)

雷诺准数

(8) 作图，回归得到准数关联式Nu=ARe

中的系数

回归图如图3 所示。(分析见 2. Ln(Nu)-Ln(Re)回归图及对流传热

准数关联式)

由Nu=ARe

, 可得lnNu=lnA+mlnRe

所以以lnNu——lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA.

作图得，m=0.7922，lnA=-4.036，R

=0.9991

所以A=0.01767

即 Nu=0.01767Re

0.7922

(9) 作图，回归得到准数关联式

n m

中的系数(n=0.4)

回归图如图5 所示。(分析见 3. Ln(Nu/ Pr

0.4

)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式)

由

n m

可得ln(Nu/ Pr

0.4

)=lnC+mlnRe

所以以ln(Nu/ Pr

0.4

)——lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnC.

作图得，m=0.7922，lnC=-3.891，R

=0.9991

所以C=0.02043

即 Nu=0.02043Re

0.7922

0.4

2. Ln(Nu)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式

由Nu=ARe

, 可得lnNu=lnA+mlnRe

所以以lnNu-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA.

作图得，m=0.7922，lnA=-4.036，R

=0.9991

所以A=0.01767

即 Nu=0.01767Re

0.7922

由Nu=ARe

, 可得lnNu=lnA+mlnRe

所以以lnNu-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA.

作图得，m=0.8603 ， lnA=-4.173，R

=0.9999

所以A=0.01541

即 Nu=0.01541Re

0.8603

3. Ln(Nu/ Pr

0.4

)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式

由

n m

可得ln(Nu/ Pr

0.4

)=lnC+mlnRe

所以以ln(Nu/ Pr

0.4

)-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnC.

作图得，m=0.7922，lnC=-3.891，R

=0.9991

所以C=0.02043

即 Nu=0.02043Re

0.7922

0.4

由

n m

可得ln(Nu/ Pr

0.4

)=lnC+mlnRe

所以以ln(Nu/ Pr

0.4

)-lnRe 作图，可得一直线，直线的斜率是m，截距是lnC.

作图得，m=0.8602，lnC=-4.028，R

=0.9999

所以C=0.01781

即 Nu=0.01781Re

0.8602

0.4

4.两个实验的Nu—Re 的关系图:

类别 Nu=ARe

n m

普通套管 Nu=0.01767Re

0.7922

Nu=0.02043Re

0.7922

0.4

强化套管 Nu=0.01541Re

0.8603

Nu=0.01781Re

0.8602

0.4

结论

对流传热准数关联式中，强化套管的系数A 和C 都比普通套

管的小，强化套管的系数m比普通套管的大。这些系数的差

别，表明了强化套管传热能力与普通套管的明显不同，强化

套管提高了换热器的换热能力。

5.强化比的计算

同一流量下，强化管的努塞尔准数Nu 与普通管的努塞尔准数Nuo 之比，即Nu/Nuo.

当流量等于28.0785m

/h 时, Nuo=62.2926

当流量等于28.6008m

/h 时，Nu=109.3654

由于28.0785m

/h?28.6008m

所以强化比Nu/Nuo 近似等于109.3654/62.2926?1.756

6.其他强化传热的措施

1) 翅片:在管子表面加装翅片，增加传热面积。

2) 改变壳程挡板结构:尽可能将原折流板的流体横向流动变为平行于换热管的

纵向流动，

以消除死区。

3) 改变管束支承结构:将管壳式换热器中折流板改成折流杆。壳程流动方向呈

轴向;流动

阻力减小，为弓形折流板的50%;结垢速率变慢;消除弓形折流板造成的局部腐

蚀和磨

损，减少管子的振动，延长使用寿命。

六、思考题

1.管内空气流动速度对传热膜系数有何影响,当空气速度增大时，空气离开热交

换器时的温

度将升高还是降低,为什么,

答:?传热膜系数

t A

t t C V

t A

3600

) (

1 2

，所以管内空气流速增大，会增大传热

膜系数。

?空气流速增大，离开热交换器时的温度将下降，因为空气流速增大，在吸收更多的热

量之前便被带走了，所以出口温度会下降。

2.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对式的关联有无影响,

答:无影响。

采用不同压强的蒸汽会改变蒸汽传递的热量大小，可能会影响换热器出口的温度t2 值，

进而改变值，但对式间的关联无影响。

3.强化传热要以什么为代价,

答:本实验强化套管是采用在换热器内管插入螺旋线圈来实现的，额外加入的金属螺旋

线圈可强化传热，但是得花费额外的费用。

4.强化传热的效果一般如何评价,采用什么作为评价的指标,

答:单纯研究强化手段的强化效果，不考虑阻力影响，用强化比作为指标，形式是:

Nu Nu

，其中 Nu 是强化管的努塞尔准数，Nu

是普通管的努塞尔准数，显然，强化比

Nu Nu

,1，而且它的值越大，强化效果越好。

5.比空气为介质的传热实验，其雷诺数Re 最好应如何计算,

答:先求出定性温度t=(t

)/2，进而查表得到定性温度下的空气密度及动力粘度，

再由实验得到，求得 V

、

V ，进而解得u，由

得到雷诺数。

6.为什么要整理成Nu-Re 准数方程，而不整理成Nu 与流量关系,

答:因为Nu-Re 准数方程表达式较为简单，且均为无量纲数，计算方便，而Nu

与流量

关系较为复杂，计算不方便。Nu-Re 还可通过最小二乘法方便地计算出其中常数A、m 值。

7.环隙间饱和蒸汽的压强产生变化，对关内空气给热系数的测量是否发生影响,

答:会有影响，蒸汽压强不同，会导致传热量发生改变，会改变单位面积上传热量的大

小，亦即的数值会发生改变，测量时须保持恒定的压强。

8.空气速度和温度对给热系数有何影响,在不同的温度下是否会得出不同的给热系数的关

联式,

答:空气流速越快，吸附的能量少，传热系数越小，空气温度越高，能吸收的热量少，

传热系数也会越小。在不同温度下得出的给热系数关联式会有区别，主要体现在常数

Nu=ARe

中A、m会有所区别。

范文五：传热综合实验实验报告

传热综合实验

一、实验目的:

1、掌握传热系数K、传热膜系数α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解; 1

mNu,AR2、掌握用最小二乘法确定关联式中常熟A、指数m的值; e

3、通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施;

4、掌握孔板流量计的原理;

5、掌握测温热电偶的使用方法。

二、实验原理

(一)无量纲准则数

对流传热准数关联式是无量纲准则数之间的方程，主要是有关Nu、Re、Pr等数据组的关系。

,duRe,雷诺准数 ,

,d努赛尔特准数 Nu,,

,CPPr,普兰特准数 ,

式中:

d——换热器内管内劲，m ;

-2,——空气传热膜系数，W?m??; -3——空气密度,kg?m; ,

-1——空气的传热系数,W?m??; ,

-1——空气定压比热，J?kg??; Cp

——空气的动力粘度，Pa?S。 ,

实验中用改变空气的流量来改变准数Re之值。根据定性温度计算对应的Pr准数值。

,同时由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而算得Nu准数值。

(二)对流传热准数关联式

对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成:

mn Nu,CRePr

系数C、指数m和n则需由实验加以确定。通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温，根据所测的数据，经过差物性数据和计算，可求

mNu,AR出不同流量下的Nu和Re，然后用线性回归方法(最小二乘法)确定关联式中e常数A、m的值。

(三)线性回归

用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和vPr分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可去n=0.4。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程

Nu lg,lgC，mlgRe0.4Pr

在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值带入方程中得到系数C，即

Nu ,C0.4mPrRe

用图解法，根据实验点确定直线位置，有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机对多变量方程进行一次回归，就能同时得到C、m、n。

(四)空气传热膜系数

,,,因为空气传热膜系数远小于蒸汽传热膜系数，所以传热管内的对流传热系数121约等于冷热流体间的总传热系数K。则有

Q,,A,t;(1)传热速率方程: 1m

2式中:A——传热面积(内管内表面积)，m;

,t ——管内外流体的平均温差，?。 m

,,,tt12,,t m,t1ln,t2

,t,T,t,t,T,t其中，， 1122

T——蒸汽侧的温度，可近似用传热管的外壁面平均温度T表示，T=1.2705+23.518×E WW

E——热电偶测得的热电势，mV。

(2)传热量Q可由热平衡方程求得:

Q,wCp(t,t)/3600,V,,,Cp(t,t)/3600 2121

w——空气质量流量，kg/h;

3V——空气体积流量，m/h;

t,t——空气进出口温度，?。 12

(3)实验条件下的空气流量V,需按下式计算

273，tV,V， t0273，t1

V式中:——20?下的体积流量; t0

——空气进出口平均温度，?。 t

(五)强化传热机理

螺旋线圈的结构图如图1所示，螺旋线圈由直

径3mm以下的铜丝和钢丝按一定节距绕成。将金

属螺旋线圈插入并固定在管内，即可构成一种强化

传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作

用而发生旋转，一面还周期性地受到线圈的螺旋金

属丝的扰动，因而可以使传热强化。由于绕制线圈

的金属丝直径很细，流体旋流强度也较弱，所以阻

力较小，有利于节省能源。螺旋线圈是以线圈节距图1强化管内部螺旋线内部结构

2d/hH与管内径d的比值以及管壁粗糙度()为

主要技术参数，且长径比是影响传热效果和阻力系数的重要因素。科学家通过实验研究总结

mNu,BRe了形式为的经验公式，其中B和m的值因螺旋丝尺寸不同而不同。

单纯研究强化手段的强化效果(不考虑阻力的影响)，可以用强化比的概念作为评判准

NuNu0则，它的形式是:，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu是普通管的努塞尔准数，0

NuNu0显然，强化比,1，而且它的值越大，强化效果越好。

三、实验装置与流程:

(一)流程

图2 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图

1、普通套管换热器;2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器;3、蒸汽发生器;4、旋涡气泵;

5、旁路调节阀;6、孔板流量计;8、9空气支路控制阀;10、11、蒸汽支路控制阀; 12、13、蒸汽放空口;14、蒸汽上升主管路;15、加水口;16、放水口;17、液位计; 18、冷凝液回流口;19—普通管测压口;20—强化管测压口

来自鼓风机的空气通过调节阀1转子流量计2和换热管3，经换热后排空。热量由缠绕

在换热管表面的电热丝4供给;空气流量由转子流量计2测定;进、出口空气温度由温度计

读取，其进口压强由U形管液柱压差计显示;壁温由热电偶测量。

(二)实验装置主要参数

表1 实验装置结构参数

20.00 实验内管内径d(mm) i

22.0 实验内管外径d(mm) o

50 实验外管内径D(mm) i

57.0 实验外管外径D(mm) o

1.00 测量段(紫铜内管)长度l(m)

1 丝径h(mm) 强化内管内

插物尺寸 40 节距H(mm)

操作电压(V) ?200 加热釜

操作电流(A) ?10

四、实验方法与步骤

(一)实验前的准备及检查工作

1. 向电加热釜加水至液位计上端红线处。

2. 向冰水保温瓶中加入适量的冰水，将热电偶的补偿冷端插入其中。 3. 检查空气流量旁路调节阀是否全开，电压调节电位器是否旋至最左端。 4. 检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。 5. 检查强化管支部各控制阀是否已关闭。

6. 接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。

(二)实验开始

1. 一段时间后水沸腾，水蒸气自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量

蒸汽排出，标志着实验可以开始。

2. 约加热10min后，可提前启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度t1比较稳定。 3. 调节空气流量旁路阀的开度，使压差计的读数为所需的空气流量值。 4. 稳定5-8min可转动各仪表选择开关读取t1、t2和E值。 5. 重复(3)和(4)，共做5-7个空气流量值。

6. 最小最大流量值一定要做。

7. 在整个实验过程中，加热电压可以保持不变，也可随空气流量的变化作适当的调节。

(三)实验过程

转换支路，重复步骤2的内容，进行强化套管换热器的实验。测定5-6组实验数据。

(四)实验结束

1. 关闭加热开关。

2. 过5min后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。

3. 切断总电源。

4. 若需几天后再做实验，则应将电加热釜和冰水保温瓶中的水放干净。

五、实验结果

1.原始数据及数据处理

表2 普通套管实验数据处理表格

普通管 1 2 3 4 5 6 ΔP/kpa 3.35 2.68 2.06 1.45 0.73 0.24 t/? 43.6 43.8 42.3 40.8 39 37.7 1

t/? 66.8 67.4 67.3 67.4 68.1 69.6 2

E/mV 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 4.06 t/? 96.7536 96.7536 96.7536 96.7536 96.7536 96.7536 w

t/? 55.2 55.6 54.8 54.1 53.55 53.65

-3ρ/(kg?m) 1.1176 1.1168 1.1226 1.1284 1.1354 1.1404 t1

-3ρ/(kg?m) 1.0727 1.0711 1.0742 1.0769 1.0791 1.0787 10^2*λ/2.8601 2.8628 2.8573 2.8525 2.8487 2.8494 -1-1(W?m??)

-1Cp/( kJ?kg??1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 -1)

μ/(μPa?s) 19.8147 19.8344 19.7951 19.7606 19.7336 19.7385 Δt/? 23.2 23.6 25 26.6 29.1 31.9 Δt/? 40.4508 39.9999 40.6813 41.2334 41.5176 41.0587 m

3-1V/( m?h) 34.7005 30.6157 26.3235 21.5390 14.5855 7.7777 t0

3-1V/( m?h) 35.9719 31.7561 27.3671 22.4519 15.2657 8.1769

-1u/( m?s) 31.8061 28.0785 24.1979 19.8519 13.4978 7.2300 Q/w 249.9074 224.0989 205.1746 179.5492 133.8183 78.5472

-2α/W?m?K 98.3269 89.1663 80.2692 69.3034 51.2983 30.4471 Re 34436.3381 30326.5213 26262.7813 21637.8928 14761.5052 7902.0549 Nu 68.7585 62.2926 56.1851 48.5915 36.0152 21.3709 Pr 0.6963 0.6963 0.6963 0.6962 0.6962 0.6962

0.4Nu/ Pr 79.4722 71.9980 64.9404 56.1646 41.6290 24.7020 Ln(Re) 10.4469 10.3198 10.1759 9.9822 9.5998 8.9749 Ln(Nu) 4.2306 4.1318 4.0287 3.8834 3.5839 3.0620

0.4Ln(Nu/ Pr) 4.3754 4.2766 4.1735 4.0283 3.7288 3.2069

表3 强化套管换热器实验数据处理表

强化管 1 2 3 4 5 6 ΔP/kpa 2.7 2.23 1.7 1.22 0.76 0.14

t/? 41.8 41.3 39.5 37.4 35.7 33.5 1

t/? 77.2 77.4 77.3 77.1 77.3 79.4 2

E/mV 4.05 4.05 4.05 4.05 4.04 4.04

t/? 96.5184 96.5184 96.5184 96.5184 96.2832 96.2832 w

t/? 59.5 59.35 58.4 57.25 56.5 56.45

-3ρ/(kg?m) 1.1245 1.1265 1.1334 1.1416 1.1481 1.1566 t1-3ρ/(kg?m) 1.0560 1.0566 1.0603 1.0647 1.0676 1.0678 10^2*λ/2.8897 2.8886 2.8821 2.8742 2.8690 2.8687 -1-1(W?m??)

-1-1Cp/( kJ?kg??) 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 μ/(μPa?s) 20.0262 20.0188 19.9721 19.9156 19.8787 19.8762

Δt/? 35.4 36.1 37.8 39.7 41.6 45.9 Δt/? 34.0011 34.0359 34.7584 35.6591 35.8478 34.9483 m3-1V/( m?h) 30.6248 27.4721 23.4980 19.4161 14.8263 5.6964 t03-1V/( m?h) 32.3467 29.0498 24.9192 20.6577 15.8253 6.1229

-1u/( m?s) 28.6008 25.6856 22.0334 18.2655 13.9927 5.4139

Q/w 337.5761 309.3329 278.8111 243.7684 196.2152 83.7793

-2α/W?m?K 158.0151 144.6469 127.6645 108.7997 87.1145 38.1531

Re 30163.6339 27114.0369 23394.2097 19530.2864 15030.2441 5817.0698

Nu 109.3654 100.1488 88.5913 75.7083 60.7278 26.5999

Pr 0.6965 0.6965 0.6964 0.6964 0.6963 0.6963

0.4Nu/ Pr 126.3902 115.7394 102.3856 87.4995 70.1874 30.7434 Ln(Re) 10.3144 10.2078 10.0602 9.8797 9.6178 8.6686 Ln(Nu) 4.6947 4.6067 4.4840 4.3269 4.1064 3.2809

0.4Ln(Nu/ Pr) 4.8394 4.7513 4.6287 4.4716 4.2512 3.4257

2.实验数据处理过程

以普通管第一组数据为例

孔板流量计压差ΔP=3.35kPa,进口温度t=43.6?，出口温度t=66.8?，壁面温度热电势12

4.06mV.

已知数据及有关常数:

(1) 传热管内径di及流通段面积F

di=20.0mm=0.0200m

22 2 F=л(di)/4=3.142*0.0200/4=0.0003142m

(2) 传热管有效长度L及传热面积Si L=1.00m

2Si=лLdi=3.142*1.00*0.0200=0.06284m

(3) t为孔板处空气的温度，为由此值查得空气的平均密度ρ 1

3当t=43.6?时，ρ=1.1176 kg/m 1

(4) 传热管，测量段上空气平均物性常数的确定

先算出测量段上空气的定性温度t /?

t= (t +t)/2=(43.6+66.8)/2=55.2? 12

查得:

3 测量段上空气的平均密度ρ=1.0727(kg/m)

测量段上空气的平均比热Cp=1005(J/kg?k)

测量段上空气的平均导热系数λ=0.028601 (W/m?k)

s) 测量段上空气的平均黏度μ=19.8147 (μPa?

0.40.4 测量段上空气的平均普朗特准数的0.4 次方为:Pr=0.6963=0.8652

3(5)空气流过测量段上平均体积V(m/h)的计算:

0.563,,,P3,,=34.7005 (m/h) ,18.703，Vt0,,,t1,,

273，t3V,V，,35.9719(m/h) t0273，t1

(6) 冷热流体间的平均温度差Δt/?的计算: m

T,1.2705，23.518，4.06,96.7536? w

Δt =40.4508? m

(7) 其余计算

传热速率Q,V,Cp(t,t)/3600,,35.9719，1.0727，1005，(66.8-43.6),249.9074W21

2， α=Q/(Δt Si)=249.9074/(40.45080.06284)= 98.3269 (W/m??) m

，，传热准数Nu=αdi/λ=98.32690.0200/0.028601=68.7585

，，测量段上空气的平均流速u=V/(F3600)=35.9719/(0.00031423600)= 31.8061 (m/s)

，，，，雷诺准数Re=diuρ/μ=0.02001.07271.097/0.0000198147=34436.3381

m(8) 作图，回归得到准数关联式Nu=ARe中的系数

回归图如图3所示。(分析见 2. Ln(Nu)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式)

m由Nu=ARe, 可得lnNu=lnA+mlnRe

所以以lnNu——lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA.

2作图得，m=0.7922，lnA=-4.036，R=0.9991

所以A=0.01767

0.7922 即 Nu=0.01767Re

mn(9) 作图，回归得到准数关联式Nu,CRePr中的系数(n=0.4)

0.4回归图如图5所示。(分析见 3. Ln(Nu/ Pr)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式)

mn0.4由, 可得ln(Nu/ Pr)=lnC+mlnRe Nu,CRePr

0.4所以以ln(Nu/ Pr)——lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnC.

2作图得，m=0.7922，lnC=-3.891，R=0.9991

所以C=0.02043

0.79220.4 即 Nu=0.02043Re Pr

2. Ln(Nu)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式

m由Nu=ARe, 可得lnNu=lnA+mlnRe

所以以lnNu-lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA.

2作图得，m=0.7922，lnA=-4.036，R=0.9991

所以A=0.01767

0.7922 即 Nu=0.01767Re

m由Nu=ARe, 可得lnNu=lnA+mlnRe

所以以lnNu-lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnA.

2作图得，m=0.8603 ， lnA=-4.173，R=0.9999 所以A=0.01541

0.8603 即 Nu=0.01541Re

0.43. Ln(Nu/ Pr)-Ln(Re)回归图及对流传热准数关联式

mn0.4由Nu,CRePr, 可得ln(Nu/ Pr)=lnC+mlnRe

0.4所以以ln(Nu/ Pr)-lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m,截距是lnC.

2作图得，m=0.7922，lnC=-3.891，R=0.9991

所以C=0.02043

0.79220.4即 Nu=0.02043Re Pr

mn0.4由, 可得ln(Nu/ Pr)=lnC+mlnRe Nu,CRePr

0.4所以以ln(Nu/ Pr)-lnRe作图，可得一直线，直线的斜率是m，截距是lnC.

2作图得，m=0.8602，lnC=-4.028，R=0.9999

所以C=0.01781

0.86020.4即 Nu=0.01781Re Pr

4.两个实验的Nu—Re的关系图:

mmn类别 Nu=ARe Nu,CRePr

0.79220.79220.4普通套管 Nu=0.01767Re Nu=0.02043Re Pr

0.86030.86020.4强化套管 Nu=0.01541Re Nu=0.01781Re Pr

对流传热准数关联式中，强化套管的系数A和C都比普通套

管的小，强化套管的系数m比普通套管的大。这些系数的差结论别，表明了强化套管传热能力与普通套管的明显不同，强化

套管提高了换热器的换热能力。

5.强化比的计算

同一流量下，强化管的努塞尔准数Nu与普通管的努塞尔准数Nu之比，即Nu/Nu. oo

3当流量等于28.0785m/h时, Nu=62.2926 o

3当流量等于28.6008m/h时，Nu=109.3654

33由于28.0785m/h?28.6008m/h

所以强化比Nu/Nu近似等于109.3654/62.2926?1.756 o

6.其他强化传热的措施

1) 翅片:在管子表面加装翅片，增加传热面积。

2) 改变壳程挡板结构:尽可能将原折流板的流体横向流动变为平行于换热管的纵向流动，

以消除死区。

3) 改变管束支承结构:将管壳式换热器中折流板改成折流杆。壳程流动方向呈轴向;流动

阻力减小，为弓形折流板的50%;结垢速率变慢;消除弓形折流板造成的局部腐蚀和磨

损，减少管子的振动，延长使用寿命。

六、思考题

1.管内空气流动速度对传热膜系数有何影响,当空气速度增大时，空气离开热交换器时的温度将升高还是降低,为什么,

VC(t,t)Q,P21 答:?传热膜系数，所以管内空气流速增大，会增大传热,,,1A,t3600A,tmm

膜系数。

?空气流速增大，离开热交换器时的温度将下降，因为空气流速增大，在吸收更多的热量之前便被带走了，所以出口温度会下降。

,2.如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对式的关联有无影响,

答:无影响。

采用不同压强的蒸汽会改变蒸汽传递的热量大小，可能会影响换热器出口的温度t值，2

,,进而改变值，但对式间的关联无影响。 1

3.强化传热要以什么为代价,

答:本实验强化套管是采用在换热器内管插入螺旋线圈来实现的，额外加入的金属螺旋线圈可强化传热，但是得花费额外的费用。

4.强化传热的效果一般如何评价,采用什么作为评价的指标,

答:单纯研究强化手段的强化效果，不考虑阻力影响，用强化比作为指标，形式是:NuNu0，其中Nu是强化管的努塞尔准数，Nu是普通管的努塞尔准数，显然，强化比0

NuNu0,1，而且它的值越大，强化效果越好。

5.比空气为介质的传热实验，其雷诺数Re最好应如何计算,

答:先求出定性温度t=(t+t)/2，进而查表得到定性温度下的空气密度及动力粘度，,,12

,duV、VRe,再由实验得到，求得，进而解得u，由得到雷诺数。 ,Pt0,

6.为什么要整理成Nu-Re准数方程，而不整理成Nu与流量关系,

答:因为Nu-Re准数方程表达式较为简单，且均为无量纲数，计算方便，而Nu与流量关系较为复杂，计算不方便。Nu-Re还可通过最小二乘法方便地计算出其中常数A、m值。

7.环隙间饱和蒸汽的压强产生变化，对关内空气给热系数的测量是否发生影响,

答:会有影响，蒸汽压强不同，会导致传热量发生改变，会改变单位面积上传热量的大小，亦即,的数值会发生改变，测量时须保持恒定的压强。 1

8.空气速度和温度对给热系数有何影响,在不同的温度下是否会得出不同的给热系数的关联式,

答:空气流速越快，吸附的能量少，传热系数越小，空气温度越高，能吸收的热量少，传热系数也会越小。在不同温度下得出的给热系数关联式会有区别，主要体现在常数

mNu=ARe中A、m会有所区别。

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