实验三 传热系数K 和给热系数α的测定
一、 实验目的
1. 了解间壁式传热元件和给热系数测定的实验组织方法；
2. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；
3. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验原理
在工业生产中，间壁式换热器是经常使用的换热设备。
热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷热体，以满足生产工艺的要求。
影响换热器传热速率的参数有传热面积、平均温度差和传热系数三要素。
为了合理选用或设计换热器，应对其性能有充分的了解。
除了查阅文献外，换热器性能实测是重要的途径之一。
传热系数是度量换热器性能的重要指标。
为了提高能量的利用率，提高换热器的传热系数以强化传热过程，在生产实践中是经常遇到的问题。
在热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传热过程中，所涉及的热量衡算为：
1212()
()()()h h w c c w m
w w Q KA T t Q A T t Q A t t A Q t t ααλδ
=-=-=-=
- 1122111w w w w h h m c c T t t t t t T t
Q A A A KA
δαλα----=
=== 1
h h m c c
K A A A A A A δαλα=
++
在所考虑的这个传热过程忠，所涉及的参数共有13个，采用因次分析方法 ：π=13-4=9
个无因次数群。
该方法的基本处理过程是将研究的对象分解成两个或多个子过程 。
即：
12(,)K f αα≈
分别对α1、α2进行研究：
1111111(,,,,,)p f d u c αρμλ=
无因次处理得：
0(,)Re Pr p b c c d du f Nu a μ
αρλμλ
=→= 1）传热系数K 的实验测定 热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式：
21()c c pc Q q c t t ρ=-
传热速率式：
m Q KA t =∆
其中：
12211221
()()
ln
m T t T t t T t T t ---∆=
--
两式联立，得：
21()
c c pc m
q c t t K A t ρ-=
∆
2）给热系数α的实验测定 热量衡算式和传热速率方程式 热量衡算式：
21()c c pc Q q c t t ρ=-
传热速率式：
c mc Q A t α=∆
其中：
2121
()()
ln
w w mc w w t t t t t t t t t ---∆=
--下上上下
两式联立，得：
21()
c c pc c mc
q c t t A t ρα-=
∆
三、实验组织方法
qc----空气流量计1个；
t1、 t2 -----冷流体进、出口温度计2个；
T-----水蒸汽温度计1个；
tw上、tw下-----上壁温、下壁温温度计2个；
P ---装1个压力表；
配上套管换热器、蒸汽发生炉、疏水器、阀门管路、凉水塔系统组成如下实验装置。
1）实验流程
2）实验步骤
1. 先开蒸汽发生炉，待上壁温开始升温后，开空气输送开关，调节转子流量计为22；
2. 打开不凝性气体放气阀，“开-关”重复2次；
3. 整个实验操作控制蒸汽压力恒定在0.04Mpa以下某一刻度，改变唯一操作变量即空气转子流量计阀门开度，达到改变流速的目的；
4. 实验布点采用小流量和打流量分别布点集中原则，因为是直线原因；
5. 待冷流体出口温度显示值保持5min以上不变时方可同时采集实验数据；
6. 实验结束时，先关蒸汽进口调节阀，保持空气继续流动10min，以足够冷却壁温，保护热电偶接触正常。
四、数据处理
1）原始数据记录
装置号： d 外= 19mm ；δ= 1.5 mm ； L= 1.3m
2） 数据计算过程 1. 定性温度 12
2
m t t t +=
，查《化工原理》附录干空气的物理化学性质，内插法求空气平均ρ，Cp ，λ，μ； 2) 换热器流通面积： A 流通=πd 内径2 /4 A 换热=πd 内径l 3) 空气流量、流速 流速：u=q/A 4) 传热量
21()c c pc Q q c t t ρ=-
5) 总传热系数的计算 21()
c c pc m
q c t t K A t ρ-=
∆，A 为换热面积；
其中：12211221
()()
ln
m T t T t t T t T t ---∆=
--
6) 给热系数α的计算
21()
c c pc c mc
q c t t A t ρα-=
∆，A 为换热面积；
其中：2121
()()
ln
w w mc w w t t t t t t t t t ---∆=
--下上上下
7）准数值
Re
d uρ
μ
⨯⨯
=；Pr p
cμ
λ
=；
d
Nu
α
λ
=
利用实验数据求出准数值，再进行曲线拟合（注意：取全部小组的数据点，不是一两个同学
的数据点！）的基础上求出
0Re Pr
b c
Nu a
=中的常数a0、b（c=0.4）。
五、思考题
1．何为因次分析法？
2．影响对流传热系数的主要因素有哪些？
3．如何强化空气方的传热系数？
4．该实验过程传热的阻力主要在那里？。