和 tm ，S 0 已知， 由K
Q ， 即可求出蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数 K 。 S0 tm
不同流速 u 下，蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数 K 见下表 4： 表 4 不同流速下的总传热系数 K 序号
1 2 3 4 5 6 7 8
u m s 1
6.140237107 12.28047421 18.42071132 24.56094843 30.70118553 36.84142264 42.98165975 49.12189685
对于低黏度流体，在圆形直管内做强制湍流时，关系式可表示为：
Nu CRem Pr 0.4
对上式左右两边同时取对数，得到直线方程： Nu lg 0.4 lg C m lg Re Pr
在双对数坐标系中对
Nu Re 作图，得到图 2： Pr 0.4
拟合出的直线方程为 y 1.03295x 2.76902 。 所以， m 1.03295 、 C 0.0017 ，即 Nu 0.0017 Re1.03295 Pr 0.4 。 误差分析： 实验测得的关系式与 Dittus-Boelter 关系式不同，原因如下： ① 前两次实验的雷诺数 Re 10000 ，对实验结果有影响； ② 本实验条件下 Pr 0.69 0.7,120 ，不适用于 Dittus-Boelter 关系式； ③ 实验固有误差影响。
QW
42.107825 85.56941292 127.1211938 165.88865 200.4892297 231.8055113 260.2526434 286.4473333
tm ℃
52.12901056 48.66770525 46.72965708 45.8213816 44.81148143 44.13365594 43.40293793 42.56409613
2 K W m ℃
12.65281954 27.41812552 42.42574126 56.22308757 69.65717165 81.82718737 93.37057816 104.65351
讨论： 由上表可以看出： 随着流体流速的增加， 冷空气与蒸汽之间的总传热系数 K 也在增加，说明增大流速有利于促进流体间的传热。 2.冷空气在圆形直管内作强制湍流时对流传热系数 的测定。 实验时所用紫铜管的规格 16mm 2mm 、 l 1.2m ，求得紫铜管的内表面积
m
，Q 已知，由
Q Si tm ，即可确定冷空气在圆形直管内强制湍流时的对流传热系数 。经计
算，不同流速 u 所对应的对流传热系数 如下表 5 所示： 表 5 不同流速下的对流传热系数 序号
1 2 3 4 5 6 7 8
u m s 1
6.140237107 12.28047421 18.42071132 24.56094843 30.70118553 36.84142264 42.98165975 49.12189685
2 W m ℃
17.855457 38.86559545 60.13301939 80.02692612 98.89842794 116.1024795 132.5450961 148.7609732
讨论： （1）不同流速下的总传热系数 K 与对流传热系数 ：
2 序号 W m ℃
kg m3
1.093 1.0831 1.0765 1.0765 1.0699 1.0666 1.0633 1.06
tm 根据公式 Q ms c p t出 t进 =Vs c p t出 t进 、
T t进 T t出 ， 求出 Q
ln T t进 T t出
6.140237107 12.28047421 18.42071132 24.56094843 30.70118553 36.84142264 42.98165975 49.12189685
2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20
取冷空气进、 出口温度的算术平均值作为冷空气的平均温度，查得冷空气在 不同温度下的比热容 c p 、黏度 、热传导系数 、密度 ，如下表 3 所示： 表 3 查得的数据 t进 /℃
1 2 3 4 5 6 7 8 4108.946423 8081.609086 11987.84629 15983.79505 19757.71332 23577.03683 27353.05664 31086.09592 7.571218515 16.35872134 25.18660498 33.43743431 41.2219915 48.27545927 54.97895447 61.55626476 0.696042403 0.696203087 0.696308901 0.694611769 0.696413685 0.696465696 0.696517456 0.696568966
化工原理 传热综合实验报告 数据处理
七、实验数据处理 1.蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数 K 的测定，并比较冷空气以不同流速 u 流过 圆形直管时，总传热系数 K 的变化。 实验时蒸汽压力：0.04MPa（表压力） ，查表得蒸汽温度 T=109.4℃。实验装 置 所 用 紫 铜 管 的 规 格 16mm 2mm 、 l 1.2m ， 求 得 紫 铜 管 的 外 表 面 积
Si di l 0.012m 1.2m 0.045238933m2 。
取 3 个取温点的算术平均值作为进、出口的壁温，然后根据公式
tm
tw进 t进 tw出 t出 ，求出冷空气和管壁的对数平均温差 t
t t ln w进 进 tw出 t出
由上表可以看出： 总传热系数 K 总是接近并小于对流传热系数 小的一侧流 体的对流传热系数，要想提高 K ，关键在于提高 较小侧流体的对流传热系数。 （2）壁温与壁两侧流体温度： 根据表 1，壁温在 106℃左右，实验所用的饱和蒸汽温度为 109.4℃，冷流体 进口温度 22 35℃，出口温度 77 84℃， 可以看出壁温总是接近对流传热系数 较大侧流体85.56941292 127.1211938 165.88865 200.4892297 231.8055113 260.2526434 286.4473333
tm ℃
55.1727208 51.74039002 49.67494896 48.91599445 47.71710826 46.96507711 46.20979133 45.3774295
S0 do l 0.016m 1.2m 0.060318578m2 。
根据 u
Vs 4Vs 、 d 0.012m ，得到流速 u ，见下表 2： A d2 表 2 流速数据
序号 Vs
1 2 3 4 5 6 7 8
m
3
h1
u m s 1
22.1 24.3 26.3 27.8 29.9 31.8 33.7 35.6
t出 /℃
77.3 80.9 82.7 83 83.6 83.7 83.8 84
t 平均 /℃
49.7 52.6 54.5 55.4 56.75 57.75 58.75 59.8
cp J kg ℃
1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005 1005
2 K W m ℃
1 2 3 4 5 6 7 8
17.855457 38.86559545 60.13301939 80.02692612 98.89842794 116.1024795 132.5450961 148.7609732
12.65281954 27.41812552 42.42574126 56.22308757 69.65717165 81.82718737 93.37057816 104.65351
3. Nu 和 Re 之间关系的确定。
根据公式 Nu
cp d u di 、 Pr 、 Re i ，结合表 3、表 5 可以分别
求出在不同雷诺数 Re 下的努赛尔特准数 Nu 、普兰特准数 Pr ，见下表 6： 表 6 雷诺数 Re 、努赛尔特准数 Nu 、普兰特准数 Pr 之间的关系 Re Nu 序号 Pr
Pa s
0.0000196 0.0000197 0.0000198 0.0000198 0.0000199 0.00002 0.0000200 0.0000201
W m ℃
0.0283 0.02851 0.02865 0.02872 0.02879 0.02886 0.02893 0.029