聊城大学实验报告
课题名称：化工原理实验
实验名称：总传热系数的测定
姓名：元险成绩：
学号：1989 班级：
实验日期：2011-9-18
实验内容：测定套管换热器中水—水物系在常用流速范围内的总传热系数K，分析强化传热效果的途径。

总传热系数的测定
一、实验目的
1.了解换热器的结构，掌握换热器的操作方法。

2.掌握换热器总传热系数K 的测定方法。

3.了解流体的流量和流向不同对总传热系数的影响
二、基本原理
在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定的热量以满足工艺要求。

换热器性能指标之一是传热系数K 。

通过对这一指标的实际测定，可对换热器操作、选用、及改进提供依据。

传热系数K 值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式联立求解。

传热速率方程式：
Q =kS ∆t m （1）
通过换热器所传递的热量可由热量恒算式计算，即
Q =W h C ph （T 1－T 2）=W c C pc （t 2－t 1）＋Q 损 （2）
若实验设备保温良好，Q 损可忽略不计，所以
Q =W h C ph （T 1－T 2）=W c C pc （t 2－t 1） （3）
式中，Q 为单位时间的传热量，W ；K 为总传热系数，W/(m 2·℃)；∆t m 为传热对数平均温度差，℃；S 为传热面积（这里基于外表面积），m 2；W h ,W c 为热、冷流体的质量流量，kg/s ；C ph ,C pc 为热、冷流体的平均定压比热，J/(kg ·℃)；T 1,T 2为热流体的进出口温度，℃；t 1,t 2为冷流体的进出口温度，℃。

∆tm 为换热器两端温度差的对数平均值，即
12
1
2ln t t t t t m ∆∆∆-∆=∆
（4） 当212≤∆∆t t 时，可以用算术平均温度差(2
12t t ∆+∆)代替对数平均温度差。

由上式所计算出口的传热系数K 为测量值K 测。

传热系数的计算值K 计可用下式进行计算：
∑+++=S i R K λδαα11
10计
（5）
式中，α0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；αi 为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；δ为管壁厚度，m ；λ——管壁的导热系数，W/(m 2·℃)；R S 为污垢热阻，m 2·℃/W 。

当管壁和垢层的热阻可以忽略不计时，上式可简化成：
i
i i K αααααα+=+=00011
1计
（6）
三、实验装置及流程
1．实验流程
本实验装置为一套管换热器，采用冷水—热水系统，流程如图所示。

冷水经转子流量计计量后进入换热器的冷水流道，进行热交换后排入地沟。

热水槽中的水被加热到预定温度后，由管道泵送至流量计计量，再进入换热器的热水流道，进行热交换后返回热水槽循环使用。

在冷热水进、出口处都分别装有铜电阻测量温度。

实验装置设有逆流和并流两种流程，通过换向阀门改变冷水的流向，进而测得两流体逆流或并流流动时的总传热系数。

2．主要设备仪表规格
（1）套管换热器：内管为紫铜管，管径d o=6mm ；换热管长度l =1.075m ；
（2）测温装置：Cu50型铜电阻配以数字温度显示仪；
（3）热水发生器：f219×6mm ，材质为不锈钢；加热器功率：1kW ，由智能程序控温仪控制并显示其中温度；
（4）流量计：LZB —15转子流量计，范围：0～160L/h ；LZB —25转子流量计，范围：0～400L/h 。

总传热系数测定装置仿真界面
四、实验步骤
1．熟悉流程、管线，检查各阀门的开启位置，熟悉各阀门的作用。

2．将热水发生器水位约维持在其高度的2/3，把换向阀门组调配为逆流。

3．打开总电源开关，通过智能程序控温仪设定加热器温度，通电加热并启动管道泵，开启热水调节阀调节热水流量为定值。

4．当热水发生器温度接近设定值时开启冷水离心泵和出口阀，调节冷水阀使冷水流量为定值。

实验过程中注意开启冷水槽上水阀勿使槽内水位下降太多。

5．待冷、热水温度稳定后，记录冷、热水的进出口温度。

6．调节冷水阀，改变冷水流量，测取6个数据。

注意，每次流量改变后，须有一定的稳定时间，待有关参数都稳定后，再记录数据。

7．把换向阀门组调配为并流，调节冷水阀，改变冷水流量，待温度稳定后记录有关参数。

8．实验结束后，关闭调节阀门，关闭热水泵的电源开关并关闭冷水离心泵出口阀及离心泵，最后关闭总电源。

五、实验报告
1．整理原始数据记录表，将有关数据整理在数据处理表中。

2．列出实验结果，写出典型数据的计算过程，分析和讨论实验现象。

解：
（1）逆流
T 1=38.8℃，T 2=36.6℃，t 1=20.5℃，t 2=27.2℃
△t 1=T 1-t 2=38.8℃-27.2℃=11.6℃，△t 2=T 2-t 1=36.6℃-20.5℃=16.1℃ 2720.01.166.1121 ==∆∆t t ，℃逆85.132
1.166.11221=+=∆+∆=∆t t t m 并流
T 1=40.3℃，T 2=38.6℃，t 1=21.4℃，t 2=28.2℃
△t 1=T 1-t 1=40.3℃-21.4℃=18.9℃，△t 2=T 2-t 2=38.6℃-28.2℃=10.4℃ 282.10.41.91821 ==∆∆t t ，℃并5.6142
.410.918221=+=∆+∆=∆t t t m （2）热负荷 水q m2=120L/h=119.76kg/h ，c p2=4.183×103J/（kg ·℃），t 1逆=20.5℃，t 2逆=27.2℃，t 1并=21.4℃，t 2并=28.2℃
Q 逆=q m2c p2（t 2逆-t 1逆）=119.76/3600×4.183×103×（27.2-20.5）=932.335W Q 并=q m2c p2（t 2并-t 1并）=119.76/3600×4.183×103×（28.2-21.4）=946.250W
（3）A=2.016903×10-2m 2
℃）（逆逆逆·/6.73335
.8131016903.0235.393222m W t A Q k m =⨯⨯=∆=- ℃）（并并
并·/02.43254.611016903.0250.294622m W t A Q k m =⨯⨯=∆=
- 六、思考题
1．影响传热系数K 的因素有哪些？
答：传热系数的计算值K 计可用下式进行计算：
∑+++=S i R K λδαα11
10计
（5）
式中，α0为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；αi 为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；δ为管壁厚度，m ；λ——管壁的导热系数，W/(m 2·℃)；R S 为污垢热阻，m 2·℃/W 。

2．在实验中哪些因素影响实验的稳定性？
答：换热器管外侧流体对流传热系数α0、换热器管内侧流体对流传热系数αi、管壁厚度δ、管壁的导热系数λ、污垢热阻R S。

3．根据实验结果分析如何强化传热？
答：蒸汽冷凝时的对流传热强化措施
目的：减少冷凝液膜的厚度
水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列；
垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。

液体沸腾时的对流传热强化措施
表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；加表面活性剂（乙醇、丙酮等）。