1、冷流体给热系数数据表：

说明：

体积流量q_v(m³/h)；冷空气进口温度t₁(℃)；冷空气出口温度t₂（℃）；空气进口蒸汽温度T₁（℃）；空气出口蒸汽温度T₂（℃）；冷空气进出口平均温度t_m（℃）；空气的平均定压比热c_p(J/kg·℃)；空气的平均密度ρ(kg/m3)；空气在换热管内的质量流量q_m(kg/h)，换热器的传热速率Q(W)；壁面平均温度近似等于蒸汽的平均温度t_w(℃)；冷热流体的对数平均温度差△t_m(℃)；管内换热面积A_i(㎡)；传热管内的对流传热系数α_i(W/(㎡·℃))；空气的热导率λ(W/(M·℃))；空气的粘度μ(10^-6Pa·s)；空气在换热管内的流速u（m/s）；空气的努塞尔数Nu无因次；空气的雷诺数Re(10³) 无因次；空气的普朗特数Pr无因次。

公式：

由数据可知：随着流量的增加，冷流体的给热系数逐渐增大。

2、冷流体给热系数的准数关联式：Nu=ARe^mPr^0.4，以为纵坐标，为横坐标,将实验数据作线性拟合，得一直线，斜率为m,截距为lnA。作图如下：

由数据可知：lnA=-4.29756，则A=0.0136；m=0.87862

第二篇：六、对流给热系数测定实验

    化 工 原 理 实 验 报 告

实  验  名  称：       对流给热系数测定实验                                                                                                

                                                

学          院：       化学工程学院             

专          业：       化学工程与工艺          

班          级：                                

姓          名：       学  号：                

指  导  教  师：                                

日          期：                                

一、实验目的

1、观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；

2、测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数α_i；

3、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。

4、掌握热电阻测温的方法。

二、实验原理

1、在套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：

VρC_p (t 2 -t 1 )=α_iA _i (t_w-t)_m   

式中：V—被加热流体体积流量，m³/s；

      Cp—被加热流体平均比热，J/(kg.℃)；

      t₁、t₂—被加热流体进、出口温度，℃；

      ρ—被加热流体密度，kg/m³；

      A _i—内管的外壁、内壁的传热面积，m²；

(t_w-t)_m—内壁与流体间的对数平均温度差，℃；

(T-T_w)_m=[(T₁-T_w1)- (T₂-T_w2)]/ ln[(T₁-T_w1)/ (T₂-T_w2)]

式中，T₁、T₂—蒸汽进、出口温度，℃；

      (T-T_w)_m—水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃； 

当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为

T w₁ ＝ t w₁ ， T w₂ ＝ t w₂ ，即为所测得的该点的壁温。

2、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：

Nu_i=ARe_i^mPr_iⁿ

其中：Nu_i=α _i*d _i/λ_i    Re_i=ρ_i *d _i *u _i /μ_i    Pr_i= C_Pi*μ_i/λ_i

物性数据λ_i，C_{P i}，ρ_i，μ_i可根据定性温度t_m查得。对于管内被加热的空气，普兰特准数 Pr_i变化不大，可以认为为常数，则关联式的形式简化为：

Nu_i=ARe_i^mPr_i^0.4

通过实验确定不同流量下的Re_i与Nu_i，然后用回归方法确定A和m的值。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，即得到直线方程：

                        ln(Nu/Pr^0.4)=lnA + mlnRe  

三、实验装置图与流程

1、实验装置及说明

该装置为套管换热器（见图1），空气走管内，蒸汽走环隙，外管11/2玻璃管，内管为φ25×2mm紫铜管，有效长度为1.2m。空气进出口温度和壁温分别由铂电阻测量，测壁温的两支铂电阻用导热绝缘胶固定在管外壁，孔板流量计的压差通过压力传感器转换为电信号由表头显示，其单位为kPa。孔板流量计的孔板d₀=20mm。蒸汽发生器的加热功率为1500W（额定电压220V）。

2、设备及仪器规格

（1）、紫铜管规格：管径φ20×1.5mm，管长L 1000mm

（2）、外套玻璃管规格：管径φ100×5mm，管长L 1000mm

（3）、压力表规格：0~0.1Mpa

四、实验步骤

1、打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。

2、打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门，让套管换热器里充有一定量的空气。

3、打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。

4、在做实验前，应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的

方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走。

5、刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀门的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。

6、当一切准备好后，打开蒸汽进口阀，蒸汽压力调到 0.01Mpa ，并保持蒸汽压力不变。可通过调节排不凝性气体阀以及蒸汽进口阀来实现。

7、可通过调节空气的进口阀手动调节空气流流量，改变冷流体的流量到一定值，等稳定后记录实验数值；改变不同流量，记录不同流量下的实验数值。

8、记录6组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电源和风机。

9、关闭蒸汽发生器。

五、注意事项

1、一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。

   2、刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管内因受热、受压而爆裂。

   3、操作过程中，蒸汽压力一般控制在0.02MPa（表压）以下，否则造成玻璃管爆裂和填料损坏。

   4、确定各参数时，必须要在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。

六、实验的原始数据记录

表6-1、实验的数据记录

表6-2、换热器的尺寸

已知：S=πdL=3.14×20×10^-3×1000×10^-3=0.0628m²

定性温度t=（t₁ +t₂）/2    壁温t_w=（T₁₊ T₂）/2

七、实验数据的处理

表7-1、不同温度下空气的物理常量

1、计算冷空气给热系数α

以第1组为例子：

Q=ρV C_P（t₂-t₁)=1.135×(11/3600)×1005×（62.7-11.8）= 177.41 W

△t_m=[(t_w-t₁)-(t_w-t₂)]/[ln(t_w-t₁)/(t_w-t₂)]=55.83℃

则，α =Q/（A△t_m）=177.41/(0.0628×55.83)=50.60W/(m²?℃)

同理可得出其他5组的给热系数α值，如下表：

表7-2、各温度下的冷空气给热系数α值

2、计算冷空气的物理量Nu 、Pr 、u、 Re

以第1组为例子：

Nu=αd/λ=50.60×0.02/0.02732=37.04

Pr=C_Pμ/λ=1005×1.89×10^-5/0.02732=0.695

u=V/（π*d^2/4）=(11/3600)/[π×(0.02/2)²]=9.73m/s

Re=（duρ）/μ=0.02×9.73×1.135/（1.89*10^-5 ）=11686.3

同理可得出其他5组的物理量，如下表：

表7-3、各温度下冷空气的物理量

3、求常数A、m

已知冷流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为：

Nu=ARe ^m Pr^0.4

将其对数简化后的形式为：lnNu/Pr^0.4=lnA+mlnRe

则根据表7-3的数据，以lnNu/Pr^0.4为纵坐标，lnRe为横坐标，用软件线性拟合得出下图：

图一、lnRe-lnNu/Pr^0.4关系图

拟合得一直线：lnNu/Pr^0.4=-4.127+0.844lnRe

由此可知，该直线的斜率为0.905，截距为-4.127，

即m=0.844，lnA=-4.127，A=0.01613

八、实验讨论

本次实验使用套管换热器，观察水蒸气和冷空气在管内的逆流流动过程，记录不同流量下的实验数据来测定冷空气的对流给热系数α值。实验总体上操作简单，采用电脑读取数据就更加准确。

根据线性拟合得出的图7-1，图形基本上符合线性关系，但扔存在一定的误差。造成这些误差的主要因素包括：

（1）、实验读取的各条件下的温度示数显示有波动，不够准确就对△t_m的计算有影响，实验时，每组间隔时间要保持5分钟，以保证温度处于较稳定的状态。    

（2）、测第一组温度数据时，过于急读而使等待的时间短了，使得换热器内没有真正达到“热态”，就会影响后面5组的数据准确性。

（3）、采用线性回归的分析方式拟合获得常数A、m的值，在这个数据的处理过程中存在一些计算误差。

九、思考题

1、实验中冷流体和蒸汽的流向，对传热效果有何影响？

冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。

2、蒸汽冷凝过程中，若存在不冷凝气体，对传热有何影响，应采取什么措施？

不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升高，从而制冷量会降低。而且由于冷凝压力的升高致使排气压力升高，还会减少压缩机的使用寿命。应把握好空气的进入，和空气的质量。

3、实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响，如何及时排走冷凝水？

冷凝水不及时排走，附着在管外壁上，增加了热阻，降低传热速率。在外管最低处设置排水口，及时排走冷凝水。

4、实验中，所测得的壁温是靠近蒸气侧还是冷流体侧温度？为什么？

靠近蒸气温度；因为蒸气冷凝传热膜系数远大于空气膜系数。

5、如果采用不同压强的蒸汽进行实验，对α关联式有＆影响？

基本无影响。因为α∝(ρ2gλ3r/μd0△t)1/4，当蒸汽压强增加时，r 和△t均增加，其它参数不变，故 (ρ2gλ3r/μd0△t)1/4变化不大，所以认为蒸汽压强对α关联式无影响。