热流体温度
进 出 平均 口 口 温度 ℃℃ ℃
管壁温 密 度度
粘度
热容
导热 系数
进出 ρ μ
Cp
λ
口口
℃ ℃ kg kg ·m J·kg w·m ·m3 -1·s -1 -1·s 1·K -1
-1
1
2
345ຫໍສະໝຸດ 6789
10
实验数据处理
流量 流速 努塞尔特准数
雷诺准数
序 号
qV
u Nu = α·d/λ
m3·s -1 m·s -1
式中： Nu d
Re d u
Pr Cp
上列关联式中的系数 b 和指数 m和 n的数值，需要通过实验
来测定。依据实验数据，经最优参数估计回归后，可得到 b，m 和 n 的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热 总系数就可由该式计算。
三、实验内容
由于实验设备已经被确定，所以管长 l 和管径 d 也已经被完全 确定，因此本实验不涉及管长和管径；故此，在影响流体间壁式 换热的10个因素中(压强可以看为常数)，当流体的流速 u 改变时， 冷、热流体和管壁的进出口处温度亦会随之改变，因此冷、热流 体的物性参数 (热力学强度变量) 密度ρ、粘度μ、冷、热流体的恒 压热容Cp 、冷、热流体的热膨胀系数β和冷、热流体导热系数λ= λ 也会改变。
体在圆管内作强制湍流时的总传热系数； • 建立求算传热系数的关联式以及实验数据的回归；
建立计算传热系数的数学模型并进行数值计算； • 将模拟计算值与实验数据进行比较。
如果从冷、热流体给热来看，
Qt' A(TW ' t)' At'
" T
A(TTW ")"At"
（ 63）
若ΔT1和ΔT2分别为热交换器的两端冷、热流体之间的温度差，即
实验六 套管式液-液热交换实验
化工组
预习复习系统
• 实验目的 • 实验原理 • 实验内容 • 实验装置图 • 实验数据记录 • 思考题
一、实验目的和内容
• 了解套管式液-液热交换原理； • 掌握套管式液-液热交换实验的操作步骤； • 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流
体在圆管内作强制湍流时的传热膜系数； • 测定套管换热器中进行液—液热交换过程时，流
' qM ' C 'p(T 1T 2)
A w 1 T'm
（ 65 ）
当0.5 (T1 (T2
Tw1) Tw2)
2时， T m '(T 1 lT n w (1T )1 (T T 2 w 1 )T w 2)(T 1T w 1) 2(T 2T w 2)
(T 2T w 2)
流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因素 (如：管内径d，m；管内流速u，m·s-1；流体密度ρ，Kg·m-3；流 体粘度μ，Pa·s；定压比热容Cp，J·Kg-1·K-1 ；和流体导热系数λ， W·m-1·K-1)之间的关联式
四、实验设备
为了进一步了解“套管式液-液热交换实验”的原理，请看以 下实验装置图。
辅助工作系统 为了协助主实验系统正常工作，有五个辅助工作系统：①电动
力工作系统②冷却水系统③加热系统④热水循环系统⑤温度测量 系统。
①电动力工作系统： 电源、电源线、电动机和水泵
②冷却水系统：将冷水由上水导管接入高位恒位水槽，经高位恒 位水槽出水口流入冷、热流体换热系统的冷水管 入口进入换热器套管夹层，在经过换热后，经冷 水回水管，流入污水排放管。
n 的具体数值；根据给热系数的关联式，则给热系数、传热总系
数就可由该式计算。
流体在圆形直管内作强制对流时，传热膜系数α与各项影响因 素之间的关联式
f(l,d ,u ,,,C p ,,g , t)
可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式：
N ubRm eP（ nr 强制对流 （ 6 ） 6）
本实验主要是在改变流体流速的情况下，测量冷、热流体的 进出口温度t1、t2、 T1 、T2 、Tw1和Tw2 。进而计算出冷、热流 体的定性温度T定和 t定，再计算冷、热流体的物性参数密度、 粘度、冷、热流体的恒压热容、冷、热流体的热膨胀系数和冷、 热流体导热系数，以及无因次准数：雷诺准数、普兰特准数、格 拉晓夫准数和努塞尔准数；由于是强制对流，所以格拉晓夫准数 与常数项一起收敛成了新的常数 b。然后依据最优参数估计的方 法回归，确定给热系数准数关联式中的系数 b 和指数 m与 n的 数值。
f(l,d ,u ,,,C p ,,g , t)
可用因次分析的方法将关联式化成如下准数方程形式：
N ubRm eP（ nr 强制对流 （ 6 ） 6）
式中： Nu d
Re
d
u
Pr Cp
上列关联式中的系数 b 和指数 m和 n的数值，需要通过实验
来测定。依据实验数据，经最优参数估计回归后，可得到 b，m和
T1(T1t2) 和 T2(T2t1)
则平均温度差可按下式计算：
当0.5
T1 T2
2时，
Tm
T1T2 lnT1
T1T2 2
T2
由(6-1)和(6-2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式：
K qM ' C 'p(T 1 T 2)
（ 64 ）
A T m
由(6-1)和(6-3)两式联立求解，可得传热膜系数的计算式：
Re = d·u·ρ/μ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
普兰特准数
Pr = Cp·λ/μ
六、思考题
• 本实验冷热流体的流向对传热效果有影响否？ • 传热膜系数计算值与测定值差异是何原因？ • 为什么要待传热稳定之后再测取数据？ • 影响传热膜系数的因素有哪些？
③加热系统：四组电加热器、贝克曼温度计和控制加热开关。 ④热水循环系统：热水储槽、循环水泵、循环管路、转子流量
计和流量控制阀门。
⑤温度测量系统：贝克曼温度计、冷井、测温线路和测温开关。
五、实验数据记录
流流 量速
冷流体温度
序 qV 号
u 进 出 平均 口 口 温度
m3· m· ℃ ℃ ℃
s -1 s -1