北京化工大学：《化工原理》课程教学资源（实验指导）04 传热实验

化工原理实验 传热膜系数 测定实验 101&103实验室

1 化工原理实验 传热膜系数 测定实验 101&103实验室

、 复习 确定a的方法： 1、数学解析，列方程，联立求解 2、因次分析，考察变量对结果的影响，看不清本质 3、数学模型，复杂过程一物理模型一数学模型一实验

2 一、复习 确定α的方法： 1、数学解析，列方程，联立求解 2、因次分析，考察变量对结果的影响，看不清本质 3、数学模型，复杂过程—物理模型—数学模型—实验

二、实验目的 在套管式换热器中发生：壳程蒸汽冷凝对流传热、铜管壁 传导传热、铜管内强制对流传热。 总传热方程 Q=K·A·△tm 总传热系数 1 1 1 1 十 十 X 入/d a1数量级： 104 WWm2℃) /d数量级： 104 WWm2.℃) a2数量级： 102 WWm2.℃) 关键因素a2,如何确定？ （进一步确定K) 3

3 二、实验目的 在套管式换热器中发生：壳程蒸汽冷凝对流传热、铜管壁 传导传热、铜管内强制对流传热。 总传热方程 总传热系数 m Q  K  At 1 2 1 / 1 1 1       K d α1 数量级： 104 W/(m2•℃) λ/d数量级： 104 W/(m2•℃) α2 数量级： 10 2 W/(m2•℃) 关键因素α2，如何确定？（进一步确定K）

通过实验要达到以下目的： 1、测定管内壁与空气的对流传热膜系数α2： 2、测定用因次分析法求a2时，关联式Nu=ARemPrn 中的参数； 3、分析影响α，的因素，了解工程上强化传热的措施

4 通过实验要达到以下目的： 1、测定管内壁与空气的对流传热膜系数α2； 2、测定用因次分析法求α2时，关联式Nu=ARemPrn 中的参数； 3、分析影响α2的因素，了解工程上强化传热的措施

三、实验原理 温度 (一)确定对流传热膜系数α2： [℃] 气膜 液膜 Q=02·A·△tm 铜管壁 Q=p',Cp(-)/3600 100 99 tw A一铜管内壁表面积， 空气 水蒸汽 A=πX0.02X1.25m2 55 △tm一推动力， An=-)-么2-) Q 1n- tw.2 距离 (4w2-t人) 5

5 三、实验原理 （一）确定对流传热膜系数α2 :   3600 Q V C t t       s p 出 入 A—铜管内壁表面积 ， A＝π×0.02×1.25 m2 Δtm—推动力 ，         ,1 ,2 ,1 , 2 ln w w m w w t t t t t t t t t       出 入 出 入 － m Q   At 气膜 液膜  2

Vg一空气流量，Vs=26.2△P.54m3h(AP/kPa); Cp一空气比热，t=(t,+t)/2 (二)确定强制对流传热膜系数a,关联式中的A、m、n: 2=f(d,u,P,4,元，Cp) 7个变量，4个基本因次（长度、时间、质量、温度）=>3个准数， Nu ad Re=dup Pr= Nu =A.Re.Pr" 空气被加热，n=0.4A、m根据实验数据作图确定

6 Vs—空气流量，Vs=26.2ΔP0.54 m3 /h (ΔP/kPa) ； Cp—空气比热， t t t   ( ) 2 入 出 Re Pr m n Nu A    Re du   Pr C p    （二）确定强制对流传热膜系数α2关联式中的A、m、n： ( , , , , , ) 2 p   f d u    c 7个变量，4个基本因次（长度、时间、质量、温度）＝>3个准数， 空气被加热，n=0.4 A、m根据实验数据作图确定   d Nu 2 

(三)强化传热： 强化传热就是力求换热器的传热速率Q尽可能大，由Q=KA△t 可知，增大K、A、△t均可使Q增大。本实验中a2对K的影响最大， 故在套管内加入螺旋式混合器，不但增大空气湍动程度，而且可以 破坏层流底层的作用，增大了α2，进而增大总传热系数K,提高传 热速率。 >

7 （三）强化传热： 强化传热就是力求换热器的传热速率Q尽可能大，由Q＝KAΔ tm 可知，增大K、A、Δ tm均可使Q增大。本实验中α 2对K的影响最大， 故在套管内加入螺旋式混合器，不但增大空气湍动程度，而且可以 破坏层流底层的作用，增大了α 2，进而增大总传热系数K，提高传 热速率

四、实验流程图 ①

8 四、实验流程图

五、操作步骤 1、检查蒸汽发生器水位高度，启动加热器； 2、启动数据采集与控制软件，学会使用； 3、铜管表面出现液滴时，启动风机50Hz,预热10分钟； 4、间隔4Hz由大到小改变空气流量，孔板压降最小值大于 0.1kPa,每个点稳定约2分钟后记录数据； 5、加入静态混合器进行强化传热实验，方法同4，注意空 气出口温度计对中； 6、实验结束后，关闭加热，停风机，整理现场。 9

9 五、操作步骤 1、检查蒸汽发生器水位高度，启动加热器； 2、启动数据采集与控制软件，学会使用； 3、铜管表面出现液滴时，启动风机50Hz，预热10分钟； 4、间隔4Hz由大到小改变空气流量，孔板压降最小值大于 0.1kPa，每个点稳定约2分钟后记录数据； 5、加入静态混合器进行强化传热实验，方法同4，注意空 气出口温度计对中； 6、实验结束后，关闭加热，停风机，整理现场

六、实验数据表格 序 空气入口 空气出口 壁温1 壁温2 孔板压降 温度/℃ 温度/℃ 1℃ /℃ /kPa Re Nu Pr 10

10 六、实验数据表格 序 号 空气入口 温度/℃ 空气出口 温度/℃ 壁温1 /℃ 壁温2 /℃ 孔板压降 /kPa Re Nu Pr