实验名称 传热实验 一、实验目的 1、加深对传热过程的理解。了解实验流程，各设备（风机、蒸汽发生器、套管换热器）结构。 2、学习并掌握传热系数K、对流传热系数α的测定方法。 3、学会用最小二乘法或作图法确定准数关系式中Nu ? A Re m Pr n 常数A和指数m。 4、比较传热效果，了解工程上强化传热的措施。 5、培养工程观念、动手能力和其它综合素质。 二、实验装置、流程及操作说明 1、传热装置 蒸汽放空t5t4t3F4φ22×2紫铜管t5't4'光滑管外套管t3't2F3螺纹螺纹管F5F6P30-2.5kpa压力表传感器加水口P10-6kpa膜盒压力表t1转子流量计t6φ250×400F2F1蒸汽发生器2KW750W三相旋涡气泵 双套管传热实验流程图 温度：t1—气温（校正用），t2—套管进气温度，t3—进口截面壁温 t4—套管出气温度， t5—出口截面壁温，
t6—蒸汽发生器内水温=管外蒸汽温度
说明：因为蒸汽与大气相通，蒸汽发生器内为接近常压，因此t6也可看作管外饱和蒸汽温度。
压力：进气压力膜盒压力表（校正流量用），蒸汽发生器压力传感器（控制蒸气量用）
阀门：F1、F2—放空阀，F3、F4—冷空气进口阀，F5、F6—蒸汽进口阀 说明：在风机启动时，必须保证F1、F2是开启状态，F3或F4有一个是全开，一个全关闭。在启动加热电源时，必须保证F5或F6一个全开，一个全关。
2、流程说明：
本装置主体套管换热器内由一根紫铜管，外套管由抛光不锈钢制作。两端法兰连接，在外套管上为方便观察管内蒸汽冷凝情况，设置有两对视盅，后视盅有源照明。管内铜管测点间有效长度1000（毫米）。下套管换热器内有弹簧螺纹，作为管内强化传热与上光滑管内无强化传热进行比较。
空气由风机送来，经转子流量计后进入被加热铜管进行加热升温，自另一端排出放空。在进出口两个截面上，在铜管管壁内和管内空气中心分别装有2支热电阻，可分别测出两个截面上的壁温和管中心的气温；一个热电阻t1可将转子流量计前进口的气温测出，一个热电阻可将蒸汽温度t6测出，其分别用1、2、3、4、5、6来表示，如图示。
蒸汽来源蒸汽发生器，内装有一组2kw加热源，由调压器控制加热电压以便控制加热蒸汽量。蒸汽进入套管换热器的铜管外套，冷凝释放潜热，为防止蒸汽内有不凝气体设置有放空口，以排出少部分蒸汽为代价，而冷凝液则回流到蒸汽发生器内再利用。
3.有关设备仪表参数：
旋涡气泵：风压14kPa， 风量72m3/h ，750w
套管换热器：内加热紫铜管：φ22×2，有效加热长1000 mm 外抛光不锈钢套管：φ100×2 蒸汽发生器：容积10 升，可调电加热：2 kw
操作压力：常压（配0—2500Pa膜盒压力表） 转子流量计：LZB-40，4—40m3/h 调压器：2kw固态模块调压
电阻传感器：Pt100
温度数显仪表：温度巡检仪表，显示精度0.1℃ 压力传感器：0—2500Pa 膜盒压力表：0—6000Pa
本实验消耗和自备设施： 蒸馏水： 电负荷：2.75 kw 三、实验原理
1、管内Nu、α的测定计算
⑴、管内空气质量流量的计算G [kg/s]
空气转子流量计的标定条件：P0=101325 Pa T0 =273+20 K ρ0=1.205 kg/m3 空气转子流量计的实际条件：P1=P0+ΔP Pa ΔP—为进气压力表读数
T1 =273+t1 K t1—为进气温度
?1? 则实际风量为：
V1?V0p1?T0?0p0?T1 kg/m3
?0?1
管内空气的质量流量为：G=V1*ρ1 [kg/s] ⑵、管内雷诺数Re的计算
因为空气在管内流动时，其温度、密度、风速均发生变化，而质量流量却为定值，因此，其雷诺数计算按下式进行：
Re?du??4G??d??
上式中的物性数据μ可按管内定性温度t定=(t2+t4)/2求出。 ⑶、热负荷计算
套管换热器在管外蒸汽和管内空气的换热过程中，管外蒸汽冷凝释放出潜热传递给管内空气，我们以空气为恒算物料流进行换热器的热负荷计算：
根据热量衡算式： q=G*Cp*Δt Δt——空气的温升 Δt=t4-t2 [℃]
Cp——定性温度下的空气恒压比热[kJ/kg . K] G——空气的质量流量[kg/s] 管内定性温度t定=(t2+t4)/2 ⑷、α测定、努塞尔特准数Nu测定值 又由传热速度方程：q=αAΔtm α测定=
qΔ tm· A?kwm?k?2式中：A——管内表面积 A=diπL [m2] di=18mm L=1000 mm Δtm——管内平均温度差Δtm=
Δ tA?Δ tBln(Δ tA/Δ tB)?tA?t3?t2?tB?t5?t4Nu测定??测定?d?
⑸、α经验计算、努塞尔特准数Nu计算值：
λα=0.023Re0.8Pr0.4 d上式中的物性数据λ，Pr均按管内定性温度求出。
Nu计算=0.023 Re0.8Pr0.4
2、管外α的测定计算 ⑴、管外α测定值 已知管内热负荷q
管外蒸汽冷凝传热速率方程为：q=α0AΔtm α0测定=
qΔ tm· A?kwm?k?2式中：A—管外表面积 A=d0πL [m2] d0=22mm，L=1000mm
?tm?Δ tA?Δ tB?t??tB?Aln(Δ tA/Δ tB)2?tA?t6?t3?tB?t6?t5
Δtm—管外平均温度差 ⑵、管外α的计算值
根据蒸汽在单根水平圆管外按膜状冷凝传热膜系数计算公式计算出：
???g???r??o?0.725??d??t?????o?
上式中有关水的物性数据均按管外膜平均温度查取。
t定?t6?tW2tW?t3?t52?t?t6?tW2314
3、总传热系数K的测定 （1）K测定：
已知管内热负荷q ，又据总传热方程：q=KAΔtm
K?qA??tm
式中：A—管外表面积 A=d0πL [m2] Δtm—管外平均温度差Δtm=
Δ tA?Δ tBln(Δ tA/Δ tB)?tA?t6?t2?tB?t6?t4（2）K计算：（以管外表面积为基准）
d1ddb11?o??o?Ri?i??Ro?k计di?ididm??o
式中： R1，R0——管内外污垢热阻，可忽略不计。
λ——铜导热系数380 [w/m2K]
由于污垢热阻可忽略，而铜管管壁热阻也可忽略（铜导热系数很大且铜壁不厚，若同学有兴趣完全可以计算出来此项比较），上式可简化为：
d111?o??k计di?i?o四、实验步骤
1、检查
检查阀门：风机放空阀F1和F2是否处于全开状态；F4全开F3全关；F6全开F5全关；（先作上边光滑管）
化工原理实验讲义传热2013.1
