实验七  传热实验

一、实验目的

1、熟悉传热实验的实验方案设计及流程设计

2、了解换热器的基本构造与操作原理

3、掌握热量衡算与传热系数K及对流传热膜系数α的测定方法

4、了解强化传热的途径及措施

5、掌握热电偶的测温原理及电位差计的使用

二、实验原理

传热实验是在实验室条件下的教学实验，用仪表考察冷热流体在套管式换热器中的传热过程，其理论基础是传热基本方程、牛顿冷却定律及热量平衡关系。

由传热基本方程得：

Q=KAΔt_m

式中：K,传热系数,W/m²K

    A,换热器的传热面积,

,平均温度差,K

    Q,传热量,W

由上式可得，由实验测定Q、A、即可求得K值。

由传热系数K亦可确定换热面内外两侧的对流传热膜系数。

对薄壁圆管（小于2），传热系数K与传热膜系数之间有如下关系：

式中：K,传热系数,

,加热管外壁面的对流传热膜系数,

,加热管内壁面的对流传热膜系数,

δ,加热管壁厚,m

λ,加热管的导热系数,w/m•K

,加热管外壁面的污垢热阻,

,加热管内壁面的污垢热阻,

实验室条件下忽略污垢热阻，而传热壁面（钢管）的导热系数λ很大，则

实验中，管内蒸汽冷凝对流传热系数远大于管外的空气对流传热系数，即»，则有K≈。

实验中冷流体采用空气，热流体采用水蒸汽。通过测取冷热流体在换热器进出口的流量及温度变化来进行总传热系数K、对流传热膜系数与相关准数关系的测定。

三、实验装置

四、实验操作步骤与注意事项

1、实验前应熟悉实验流程，做好实验的准备工作。

2、检查电源连接是否正确，风机、加热装置工作是否正常，设备密封是否良好。

3、检查蒸汽发生器内水位是否符合要求，必要时加水，须超过蒸发器2/3处（注意液位计的显示只能平行于和空容器相连的上部管子处，当液位超过此处时即使加入再多的水也只显示同一液位），以免加热管烧坏。

4、检查热电偶接触是否良好，冰水温度是否指示为摄氏零度（热电偶校正）。

5、调节风速计。将选择开关旋至零位，调节零位调节开关至指针指向零刻度；再将选择开关旋至满度，调节满度调节开关至指针指向满度。测定风速时，选择开关应旋至满度。因风速计为内部电池供电，为了使测定的数据稳定，在改变风速（风量）完成风速测定后，应及时关闭风速计，需要时再打开风速计进行下次测定。

6、打开蒸汽冷凝器的冷凝水（自来水）开关，控制适当的水量。

7、打开电源开关后，打开蒸汽发生器电源开关，然后把电流表边上的调节1、调节2打至最大值，大约30分钟后产生蒸汽，产生蒸汽后，稍开放空阀（在换热器顶部），排除不凝性气体。实验过程中，应控制蒸汽发生器内的压强小于0.1MPa，调节措施包括降低蒸汽发生器的电流、增加冷凝水流量，以及紧急打开放空阀等措施。

操作状态的选择。第一组实验可调节蒸汽发生器的电流为最大值，而空气流速为较小值（1.0—1.5m/s），此后每组实验应该逐步减少电流和增大空气流速。实验组数应不少于五组。

8、读取实验数据时应待操作状态稳定后才开始进行，两组数据间应有一定的稳定时间。热流体（蒸汽）进口温度以蒸汽发生器上的饱和蒸汽压来确定。

9、实验操作时应注意安全，防止触电和烫伤。

10、实验完毕后应关掉加热开关停止加热，继续通入空气和冷凝水，冷却一段时间后再关闭，最后关掉电源开关。将实验数据交给实验指导老师检查。

五、实验数据整理及要求

1、测定有关数据并进行数据处理，整理出相关经验公式，绘出相应实验图表及曲线。

2、将原始数据列成表格并进行实验数据处理。

3、根据实验结果对测定的K、值进行分析讨论。

思考题

1、在本实验中，计算Re时空气密度应如何求取？通过流速计时的空气密度应如何确定？

2、在实验中，为何要排除套管式换热器内的不凝性气体？

3、实验数据为何要整理成Nu-Re的准数关系，而不整理成Nu与流量的关系？

设备全图

蒸气发生器

操作面板

设备全图

风机

孔板流量计

换热器