108 7.4 实验四 传热实验
在工业生产中传热是一个重要的单元操作，其投资在化工厂设备投资中可占到40％以上。换热器的种类繁多，各种换热器的性能差异很大，为了合理的选用、操作、设计换热器，应该对它们的性能有充分的了解，除了文献资料外，实验测定换热器的性能是重要的途径之一。本传热实验是测定套管换热器的传热性能，装置有两根套管换热器，一根为普通套管换热器，另一根为内插螺旋线圈的套管换热器，用水蒸气加热空气，采用计算机数据在线采集和自动控制系统，可实行自动操作或手动操作。
7.4.1 实验目的
（1）掌握传热系数K 、传热膜系数1α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
（2）学会用作图法或最小二乘法确定关联式m
ARe Nu =中常数A 、m 的值。
（3）通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施。 7.4.2 实验原理
流体在圆形直管中作强制湍流时，对流给热系数的准数关联式为：
n m Pr BRe Nu = （7-4-1）
系数B 与指数m 和n 则需由实验加以确定。对于气体，Pr 基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（7-4-1）可简化为：
m ARe Nu = （7-4-2）
式中： λ
α11d Nu = μρ11u d Re = Re 中流速1u 是通过测孔板流量计的压差求得，空气的密度ρ与粘度μ是测进、出口温度查物性数据或由公式计算得到。Nu 通过1α求得。对于一侧为饱和蒸汽加热另一侧空气的情况，由于蒸汽侧对流给热系数2α>>1α，且换热器内管为紫铜管，其热导率很大，管壁很薄，则
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1d d K α≈ （7-4-3）
又 m 2
11m 122p 2s )(t A d d t KA t t c m Q ?≈?=-=α （7-4-4） 由式（7-4-4）可通过空气的质量流量、空气的进、出口温度和蒸汽温度（因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等，也等于蒸汽温度）反求出1α，即可得到不同流量下的Nu 和Re ，然后用作图法或线性回归方法（最小二乘法）确定关联式m
ARe Nu =中常数A 、m 的值。
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7.4.3 实验装置
（1）流程
实验装置流程如图7-4-1所示。装置的主体是两根平行的套管换热器，内管为紫铜材质，外管为不锈钢管，两端用不锈钢法兰固定。实验用的蒸汽发生器为电加热釜，加热电压可由固态调节器调节。空气由旋涡气泵提供，使用旁路调节阀调节流量。蒸汽管路使用三通和球阀分别控制蒸汽进入两个套管换热器。
空气由旋涡气泵吹出，由旁路调节阀调节，经孔板流量计，由支路控制阀选择不同的支路进入换热器。壳程蒸汽由加热釜产生后自然上升，经支路控制阀选择逆流进入换热器壳程，由另一端蒸汽出口自然喷出。
强化套管换热器是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。螺旋线圈的结构如图1所示。螺旋线圈由直径1mm 以上的铜丝或钢丝按一定节距绕成。将金属螺旋线 圈插入并固定在管内，即可构成一种强化传热管。在近壁区域，流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转，一面还周期性地受到螺旋线圈金属丝的扰动，因而可以强化传热。螺旋线圈是以线圈节距H 与管内径d 的比值以及管壁粗糙度（2d/h ）为主要技术参数，且H/d 是影响传热效果和阻力系数的重要因素。
（2）测量仪表
图7-4-1 空气－水蒸汽传热实验装置流程 1-普通套管换热器；2-强化套管换热器；3-蒸汽发生器；4-旋涡气泵；5-旁路调节阀；6-孔板流量计；7、8-空气支路控制阀；9、10-空气进口温度计；11、12-蒸汽排出口； 13、14-管壁温度计；15、16-空气出口温度；17、18-蒸汽支路控制阀；19-加水口；
20-冷凝液回流口；21-放水口；22-液位计
测量仪表的面板如图7-4-2所示。
温度计显示仪表的CH值分别代表：
CH1——显示普通管空气进口温度CH2——显示普通管空气出口温度CH3——显示强化管空气进口温度CH4——显示强化管空气出口温度CH5——显示电加热釜水温
壁面温度显示仪表上、下方的值分别代表：
上方——显示普通管的壁面温度下方——显示强化管的壁面温度7.4.4 主要技术数据
（1）传热实验装置主要技术参数
传热实验装置主要技术参数如见表7-4-1所示。
表7-4-1 实验装置主要技术参数
（2）空气流量计
①由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。
②不锈钢孔板的孔径比m＝17mm／44mm≈0.39。
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③ 孔板流量计为非标准设备，故进行了整体校正，得到空气体积流量与压差之间的关系，由式（3）计算 t1t180.23ρp
V ?= （7-4-5）
式中：t1V ——空气入口温度（即流量计处温度）下的体积流量，h /m 3
p ?——孔板两端压差，kPa
t1ρ——空气入口温度（即流量计处温度）下的密度，3m /kg
④ 实验条件下的空气体积流量计算
1
1273273t t V V t ++?= （7-4-6） 式中：V ——实验条件（管内平均温度）下的空气体积流量，h /m 3
t ——管内平均温度，℃
1t ——传热内管空气进口（即流量计处）的温度，℃
（3）温度测量
① 空气进、出传热管测量段的温度1t 、2t （℃）由电阻温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。
② 管外壁面平均温度w T （℃）由热电偶温度计测量，可由数字显示仪表直接读出。蒸汽温度s T （℃）与w T 近似相等，即
w s T T = （7-4-7）
（4）物性参数
在传热设备中，沿着流体流动的方向上，流体的物性参数随温度发生变化，并且当流量发生变化时，由于平均温度的变化也引起物性的变化。为了实验研究方便及实现计算机辅助计算，将物性参数与定性温度的关系回归成以下多项式。多项式中的温度范围为 0℃≤t ≤100℃。
① 空气密度（kg/m 3）
251005828.10045.02916.1t t -?+-=ρ （7-4-8）
② 空气比热（kJ/kg ·℃）
5164133
92751057422.21038989.9 1036051.11088638.81088378.200492.1t
t t t t c p -----?-?+?-?+?-= （7-4-9） ③ 空气粘度（Pa ·s ）
211851074825.11096573.41071692.1t t ---?-?+?=μ （7-4-10）
④ 空气导热系数（W/m ·℃）
2851051515.11083333.702437.0t t --?-?+=λ （7-4-11）
（5）电加热釜
电加热釜是产生水蒸汽的装置，使用体积为7升（加水至液位计的上端红线处）。
内装有一支2.5 kW的螺旋形电热器，由200 V电压加热，约25min左右水便沸腾。为了安全，建议最高加热电压不要超过200 V（可由固态调压器调节）。
（6）气源
空气由XGB－2型旋涡气泵（鼓风机）提供，使用三相电源，电机功率约为0.75kW。
注意：在使用过程中，漩涡气泵输出空气的温度呈上升趋势。
7.4.5实验操作步骤及要点
以普通套管换热器的手动操作为例（强化套管换热器的手动操作步骤可参照普通套管换热器的手动操作步骤。自动操作步骤参见第六部分实验数据计算机采集与控制系统的使用）。
（1）实验前的准备
①向电加热釜加水至液位计上端红线处。
②检查空气流量旁路调节阀是否全开。
③检查普通管支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管路的畅通。
④检查强化管支路各控制阀是否已关闭。
⑤接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。
（2）实验开始
t比较稳定。
①加热10min，启动鼓风机，保证实验开始时空气入口温度
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②水沸腾后，水蒸汽自行充入普通套管换热器外管，观察到蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。
③调节空气流量旁路阀的开度，使压差计读数为所需的空气流量值。旁路调节阀全开时，通过传热管的空气流量为所需的最小值，全关时为最大值。若为计算机在线数据采集，则可直接从屏幕上读取空气流量值。
④稳定5～8min左右读取压差计读数和各温度计读数。
注意：第1个数据点必须稳定15min。若为计算机在线数据采集，则可直接从屏幕上读取这些数值。
⑤重复（3）与（4）步骤，共做7个空气流量值实验
注意：最小、最大流量值一定要做。
⑥整个实验过程中，加热电压可以保持不变，也可随空气流量的变化做适当调节。
（3）实验结束
①关闭加热器开关。
②过5min后关闭鼓风机，并将旁路阀全开。
③切断总电源。
④若需几天后再做实验，则应将电加热釜中的水放干净。
7.4.6 注意事项
（1）实验前一定要检查电加热釜中的水位是否在正常范围内。
（2）必须保证蒸汽上升管路的畅通，即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭原支路阀，且开启和关闭
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控制阀必须缓慢，防止管路截断或蒸汽压力过大突然喷出。
（3）必须保证空气管路的畅通。即在接通电机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。在转换支路时，应先将旁路调节阀全开，然后开启需要的支路阀，再关闭原支路阀。
7.4.7 实验数据计算机采集与控制系统的使用
（1）启动程序，此时屏幕上出现：
当选择实验操作项后，屏幕上出现如图3所示的菜单。在做好实验前准备工作的前提下，点击“加热启动”，约10min 后，点击“风机启动”。 当设备运行稳定后，点击“光滑管采集” 或“强化管采集”，屏幕上会出现询问采集方法选择的对话框，有“按采集键采集”和“设定时间定时采集”两种方法供选择。点击采集数据，即可采集到某一空气流量下的所有数据。改变空气流量，稳定5～8min 左右，再点击采集数据，可采集到另一空气流量下的所有数据。
注意：空气流量的调节只能用手工操作，其他事项参见上述的第五、六部分。
当选择“结果显示”项后，屏幕上出现如图4所示的菜单。点击“采集界面”， 则屏幕上出现如图7-4-5所示的实验流程和数据采集点分布图（温度不够时，不显示采集界面），
在图中有9个数字显示框。从图中可以观察到各个数据的变化情况。随时可以访问“数据表”和“曲线表”，了解实验的进展。
当所有数据采集完毕，点击“曲线回归”可获得传热方程。点击图3的“结束实验”，可以结束本次实验。点击“文件”中的“打印”栏，可打印本次实验的结果。
图7-4-5 传热实验数据采集点分布示意图
7.4.8 思考题
（1）根据实验测定的Nu~Re经验关联式，讨论影响圆管内对流给热系数的主要因素有哪些？这些因素是如何对 产生影响的？
（2）比较普通管与强化管的Nu～Re关联式，可得到什么结论？强化管强化传热的机理是什么？强化传热要以什么为代价？
（3）在普通管内添加螺旋线圈，可强化传热；除此以外，还有哪些强化传热措施？
（4）在传热实验过程中，理论上空气出口温度随空气流量的提高应该如何变化？而实际情况是否与此结论相符，若不相符，试讨论原因。
（5）在本次传热实验中，传热管壁温与蒸汽温度相近还是与空气温度相近？原因何在？
（6）以空气为介质的传热实验，其雷诺数Re最好应如何计算？
（7）在本传热实验中，蒸汽侧需要排放什么流体？原因何在？
（8）当空气流量增大时，蒸汽的冷凝量和传热量如何变化？
7.4.9 实验报告的撰写
实验报告可按实验报告格式或小论文格式撰写。
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（1）实验报告格式
根据绪论中实验报告格式要求进行撰写，并按要求回答以上思考题。
（2）小论文格式
根据绪论中小论文格式要求进行撰写，小论文题目可从以下几类中选择或自拟题目。
实验任务书（1）
管内插入螺旋线圈强化传热的研究
任务要求
（1）查阅资料，对管内插入螺旋线圈强化传热的现状与发展作出简要评述。
（2）设计实验方案，测定普通套管换热器和管内插入螺旋线圈的套管换热器的传热系数K 及空气对管壁的对流给热系数1α。
（3）用作图法或最小二乘法关联出上述两种管的m
ARe Nu =中常数A 、m 的值。
（4）根据实验数据处理结果比较普通管与管内插入螺旋线圈管的传热效果，对螺旋线圈强化传热的机理进行探讨。
（5）分析管内螺旋线圈的直径和螺距对传热及传热阻力的影响，以及使用螺旋线圈强化传热的优缺点。
实验任务书（2）
强化传热的途径探讨
任务要求
（1）查阅资料，概述强化传热的途径。
（2）以实验室提供的普通套管换热器和管内插入螺旋线圈的套管换热器为例，设计一实验方案，测定不同流速下的普通套管换热器或强化套管换热器的传热膜系数1α。
（3）用作图法或最小二乘法关联出上述两种管的m ARe Nu =中常数A 、m 的值。
（4）通过实验数据比较，探讨螺旋线圈强化传热的机理，提出还有哪些措施可提高传热效果？
（5）传热系数随着雷诺数的增大而增大，试分析是否存在最佳的操作雷诺数。
实验任务书（3）
对流给热系数的测定与列管换热器设计（适用于普通管）
任务要求
（1）设计一列管换热器，用110℃ 的水蒸气将空气加热至90℃ ，空气来源于周围环境，流量分别为5000m 3/h 、8000 m 3/h 和10000 m 3/h 。
（2）为了给设计提供空气的对流给热系数，利用实验室现有的套管换热器，设计适宜的实验方案测定空气在圆管内传热的对流给热系数。
（3）根据当地气候条件确定空气进口温度，进行列管换热器的设计，给出列管换热器的主要结构参数，如管数、管程数、壳程数、管子直径、壁厚、管长、裕度、具体型号等，并校核空气流速与阻力。
实验任务书（4）
对流给热系数的测定与套管换热器设计（适用于强化管）任务要求
（1）设计一具有螺旋线圈内插物的套管换热器，用于预热空气，加热介质为120℃的水蒸气，需将空气加热至110℃，空气来源于周围环境，流量分别为80m3/h 、90 m3/h和100 m3/h 。
（2）制定适宜的实验方案，测定内插螺旋线圈管内空气的对流给热系数。
（3）根据当地气候条件确定空气进口温度和适宜的空气流速，进行套管换热器的设计，给出套管换热器的主要结构参数，如内管直径、内管壁厚、管长等，并校核其阻力。
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传热实验 一、实验目的 1、了解换热器的结结构及用途。 2、学习换热器的操作方法。 3、了解传热系数的测定方法。 4、测定所给换热器的传热系数K。 5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之。 二、实验原理 根据传热方程 Q=KA△ tm，只要测得传热速率 Q，冷热流体进出口温度和传 热面积 A，即可算出传热系数 K。在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管 式换热器来测定 K, 只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空 气的流量即可。Q 与自来水在工作过程中，如不考虑热量损失，则加热空气释放出的热量 1Q 得到的热量 Q 应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，实验中以 22为准。 三、实验流程和设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计 等组成。空气走管程，水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长 进行计算。 实验流程图： 空气进口水进口温度计 温度计列管式 转子流 换热器 转子流量计量计 风机温度计温度计 空气电 调节阀 加热器 传热系数K 测定实验流程图
四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。 2、实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器。 3、控制所需的气体和水的流量。 4、待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出 口温度，记录设备的有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变，改变自来水的流量，重复第四步。 6、保持第 4 步水的流量，改变空气的流量，重复第四步。 7、实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门。 五、实验数据记录和整理 1、设备参数和有关常数 换热流型错流；换热面积 0.4 ㎡ 2、实验数据记录 序号风机出口空气流量空气进口温空气出口温度℃水流量水进口温度℃水出口温度℃2 度℃L/h 压强 mHO 读数 m3/h 1 1.61611029.28018.921.9 2 1.61611029.48018.921.9 1 1.61611029.96018.922.4 2 1.61611029.96018.922.3 1 1.61611031.92019.024.8 2 1.61611032.02019.024.9 1 1.61111029.62019.123.0 2 1.61111029.62019.023.0 1 1.6611027.82019.021.3 2 1.6611027.82019.021.3 3、数据处理 空气流量水流量水的算术水的比热 传热速对数平均换热面传热系数K 的平均 序号平均温容 J/ m3/s kg/s率 J/s温度△ t m积 m2K W/m2K值 W/m2K 度℃（ kg·℃） 10.00440.022220.404183278.86736.24790.419.2333 19.1717 20.00440.022220.404183278.86736.48160.419.1101
传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4.0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a * 4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βg ΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βg ΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βg ΔT : Gr ＝βg ΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a Pr 0.4 圆管传热基本方程： 热量衡算方程： 圆管传热牛顿冷却定律： 圆筒壁传导热流量：)]/()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54.02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2） 实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ，散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。
基本原理： 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为： (4-1) 对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故 （4-2） 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，再两边取对数，即得到直线方程： （4-3） 在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A，即： （4-4） 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。 对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其准数定义式分别为： 实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。根据定性温度（冷空气进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr准数值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值。进而算得Nu准数值。 牛顿冷却定律： （4-5） 式中： α—传热膜系数，[W/m2·℃]； Ｑ—传热量，［Ｗ］； Ａ—总传热面积，[m2]； △t m—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]。 传热量Q可由下式求得： （4-6）式中：
W—质量流量，[kg/h]； Cp—流体定压比热，[J/kg·℃]； t1、t2—流体进、出口温度，[℃]； ρ—定性温度下流体密度，[kg/m3]； V—流体体积流量，[m3/s]。 设备参数： 孔板流量计： 流量计算关联式：V=4.49*R0.5 O），V——空气流量 (m3 /h) 式中：R——孔板压差（mmH 2 换热套管： 套管外管为玻璃管，内管为黄铜管。 套管有效长度：1.25m，内管内径：0.022m 计算方法、原理、公式： 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为： (4-1) 对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故 （4-2） 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数 A。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，再两边 取对数，即得到直线议程： （4-3）
传 热 综 合 实 验 一、实验目的 1.通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数αi 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。。 2.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr 0.4 中常数A 、m 的值。 3.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关 联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验原理 对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成： n m C Nu Pr Re = （1） 系数C 与指数m 和n 则需由实验加以确定。对于气体，Pr 基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（1）可简化为： m A Nu Re = （2） 式中： λαd Nu 2= μ ρ du =Re 通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温（因 为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等），根据所测的数据，经过查物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。 三、 设备主要技术数据 1. 传热管参数: 表1 实验装置结构参数 2.空气流量计 (1) 由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。空气流量由公式[1]计算。 （第1套）6203.00)(113.18P V t ??=………………………………………………………………[1] （第2套）6203.00)(113.18P V t ??=………………………………………………………………[1] 其中， 0t V - 20℃ 下的体积流量，m 3/h ； P ?-孔板两端压差，Kpa
实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，
化工原理实验报告 实验三 传热膜系数测定实验 实验日期：2015年12月30日 班级： 学生姓名： 学号： 同组人： 报告摘要 本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走内管，蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算了传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m （n 取0.4），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A 和m 。 二、 目的及任务 1.掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2.通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3.了解工程上强化传热的措施。 三、基本原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关 系式的一般形式为：p n m Gr A Nu Pr Re 对于强制湍流而言。Gr 数可忽略，即
n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m 、n 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4(流体被加热)。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值带入方程中，则可得系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定人为性。而用最小二乘法回归，可得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能的道道A 、m 、n 。 对于方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 μρ du = Re ， λμ Cp = Pr ， λαd Nu = 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度(空气进、出口温度的算数平均值)计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。 牛顿冷却定律为 Q=αA △t m 式中α——传热膜系数，W/(m 2.℃)；
深对其概念和影响因素的理解，并应用线性回归分析方法，确定关联式 Nu = A * Re * Pr 实验研究，测定其准数关联式 Nu = B * Re 中常数 B 、m 的值和强化比 Nu / Nu 0 ，了解强化 ② 对α i 的实验数据进行线性回归，求关联式 Nu=ARe Pr 中常数 A 、m 的值。 ② 对α i 的实验数据进行线性回归，求关联式 Nu=BRe 中常数 B 、m 的值。 气—气传热综合实验讲义 一、 实验目的： 1． 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 α i 的测定方法，加 m 0.4 中常数 A 、m 的值； 2． 通过对管程内部插有螺旋线圈和采用螺旋扁管为内管的空气—水蒸气强化套管换热器的 m 传热的基本理论和基本方式； 3． 了解套管换热器的管内压降 ?p 和 Nu 之间的关系； 二、 实验内容： 实验一： ① 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数α i 。 m 0.4 ③ 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的管内压降 ?p 1。 实验二： ① 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数α i 。 m ③ 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的管内压降 ?p 2 。并在同一坐标系下绘制普通管 ?p 1 ~Nu 与强化管 ?p 2 ~Nu 的关系曲线。比较实验结果。 ④ 同一流量下，按实验一所得准数关联式求得 Nu 0，计算传热强化比 Nu/Nu 0。 三、 实验原理 实验一 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1. 对流传热系数α i 的测定 对流传热系数α i 可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。
套管换热器传热实验实验报告数据处理 我们组做的是实验I : 1， Q=m s1c 1 △t 1 求K 得先求Q Q=m s 1C 1△t 1 ,其中，C 1=所以得先求m s 1 , C 1， △t 1, ◇ 1m s1 =V s1 ρ 要得求V s1，V s1=u 1A ，V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2）-gR C 0为空流系数，C 0=0.855,A 0为空口面积，A 0的计算方法如下：A 0 =π4 d 02 , d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×（20.32 1000 ）2=3.243293×10-4 m 2 R 为压计差读数 A=π4 d 2 ,d 为内管内径=20mm ， 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1， ◇ 2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值，然后用内插法求得对应平均温 度对应的的C 1值 ◇ 3 求△t 1= t △ t 1 ,= t = t 1 + t 2 2 t 1 为进口温度 t 2 为出口温度 进口温度t 1的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式求[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=得
Et ，再由852.4901004.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 1值 出口温度t 2的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=求得 Et ，再由852.49010 04.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 2值 由以上步骤求出 Q 2 ，由Q=KA △t m 求出K 值 K= Q A △t m Q 由第一步已经求出，A 为内管内径对应的面积，A=2π rL ,r=17.8mm=0.0178 m, A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ，Nu 流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为： (,,)l Nu f Re Pr d = 对于空气，在实验范围内，Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对 Nu 的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成： m Nu aRe = 式中，a 和 m 为待定常数。 Re=du ρ μ d=2×0.0178 m =0.0356 m , u=Vs/（π×0.01782 ）μ 和ρ用内插法，先查表 的相近温度的μ，ρ，再用线性关系计算求得。 测量空气一侧管壁的中区壁温T W ，由热电偶按前面公式求得；由下式可以计算空气与管壁
实验四传热实验 、实验目的 (1) 了解间壁式传热元件，掌握给热系数测定的实验方法。 (2) 学会给热系数测定的实验数据处理方法。 (3) 观察水蒸气在水平管外壁上的冷凝现象。 (4) 掌握热电阻测温的方法。 (5) 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 二、实验原理 在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面(传热元件)进行热量交换，称为间壁式换热。如图(4 - 1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热, 固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。 图4-1间壁式传加程示意图 达到传热稳定时，有 Q -—爲)=卿/■沖仏一人.) -%4(丁-為)輛-场血(斥-咖 式中：Q —传热量，J / s ; m —热流体的质量流率，kg / s C PI—热流体的比热，J / (kg ? C)； T i —热流体的进口温度，C； T2 —热流体的出口温度，C； m —冷流体的质量流率，kg / s (4-1 ) T
C p2 —冷流体的比热，J /（kg ? C ）； 11 —冷流体的进口温度，C； t2 —冷流体的出口温度，C； 2 :-1 —热流体与固体壁面的对流传热系数，W / （m C ）; A—热流体侧的对流传热面积，m； "；| —热流体与固体壁面的对数平均温差，C； 2 :-2 —冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / （m C ）；A—冷流体侧的对流传热面积，m； |f\ —固体壁面与冷流体的对数平均温差，C； K —以传热面积A为基准的总给热系数，W / （m 2C）； —冷热流体的对数平均温差，C； 热流体与固体壁面的对数平均温差可由式（4—2）计算, —［「J （4 - 2）亠4 一5 式中：T1 —热流体进口处热流体侧的壁面温度，C； TA2 —热流体出口处热流体侧的壁面温度，C。 固体壁面与冷流体的对数平均温差可由式（4—3）计算, r - ：（4 —3） In切7 式中：t wi —冷流体进口处冷流体侧的壁面温度，C； t W2 —冷流体出口处冷流体侧的壁面温度，C。 热、冷流体间的对数平均温差可由式（ 4 —4）计算, 当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（4—1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数, 叫*-片） (4-5) 实验中测定紫铜管的壁温t wi、t w2；冷空气或水的进出口温度t l、t2；实验用紫铜管的 (4-4 )
导热系数测量实验报告 篇一：导热系数实验报告 实验用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告 一、实验目的. （1）用稳态平板法测定不良导体的导热系数. （2）利用物体的散热速率求传热速率. 二、实验器材. 实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表. 三、实验原理. 导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向（设z方向）进行时，热传导的基本公式可写为 dT dQ=?λ ????????? ---------------------------------------------（） 它表示在dt时间内通过dS面积的
热量dQλ为导热系数，它的大小由物体????dT 本身的物理性质决定，单位为W????1????1，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行. 在图中，B为待测物，它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触，热量由高温铝盘通过待测物B向低温铜盘传递.若B很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量只沿着垂直待测板B的方向传递.那么在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在?t时间内，通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量为??? ?????? ---------------------------------------------（）式中，???为匀质圆板两板面的恒定温差，若把（）式写成 ?Q=?λ ??????
=?λ?? ---------------------------------------------（）的形式，那么???便为待测物的导热速率，只要知道了导热速率，由（）式即可求出λ. 实验中，使上铝盘A和下铜盘P分别达到恒定温度??1、??2，并设??1>??2，即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热.因为??1和??2不变，所以，通过B的热量就等于C向周围散发的热量，即B的导热速率等于C 的散热速率.因此，只要求出了C在温度??2时的散热速率，就求出了B的导热速率???. 因为P的上表面和B的下表面接触，所以C的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为????，而实验中冷却曲线是C全部裸露于空气中测出来的，即在P的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为??全，根据散热速率与散热面积成正比的关系可得??? ?????? ???
易教STEAM创新实验室建设框架方案 上海易教信息科技有限公司
目录 一易教STEAM创新实验室建设意义和价值 (3) 二易教STEAM创新实验室的主旨规划 (4) 三易教STEAM创新实验室建设环境要求 (4) 四易教STEAM创新实验室人员配置 (6) 五主要培训对象 (6) 六主要培训内容 (6) 七实验室内部区域划分 (7) 八实验室配置方案及报价 (7) 九实验室主要设备参数及性能 (8) 十易教STEAM实验室课程方案介绍 (13)
一、易教STEAM创新实验室建设意义和目标 STEAM是指科学、技术、工程学、艺术和数学。根据这一理念，可以设置基础能力课程和创新实践课程。其中，基础能力课程旨在培养科技创新所需的各类基本能力，包括社会探究能力、益智思维能力、动手操作能力、展示交流能力；创新实践课程按照设计思维的流程，引导学生采用项目学习的方式开展科技创新实践。 “STEAM其实是对基于标准化考试的传统教育理念的转型，它代表着一种现代的教育哲学，更注重学习的过程，而不是结果。本质上来说，我们敢于让学生们犯错，让他们尝试不同的想法，让他们听到不同的观点。与考试相反的，我们希望孩子们创造能够应用于真实生活的知识。”所以STEAM教育倡导将各个领域的知识通过综合的课程结合起来，加强学科间的相互配合，发挥综合育人功能，让学生在综合的环境中学习，在项目活动中应用多个学科的知识解决问题。 1、建设意义 1)创新实验室是实践创客教育的良好手段，它不同于传统实验 室，而是以融教学、实践、借鉴、创新和实现的创新教育理念 为基础构建的虚实融合的学习环境。创新实验室的设计采用 PST（Pedagogy-Space-Technology）的设计框架，旨在帮助学 校创设新型学习空间，促使学生更多地投入学习和体验，获取 最佳学习效果。
序号：35 化工原理实验报告 实验名称：对流给热系数的测定 学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工09－3班 姓名：曾学礼学号09402010337 同组者姓名：周锃刘翰卿 指导教师：张亚静 日期：2011年10月11日
一、实验目的 1. 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型； ； 2. 测定空气在园直管内强制对流给热系数α i 3. 应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr0.4中常数A、m的值； 4. 掌握热电阻测温的方法。 二、实验原理 在套管换热管器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气，水蒸气冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下关系式： VρC p（t2-t1）=αi A i(t w-t)m(1) 式中：V-------被加热流体体积流量，m3/s ρ--------被加热流体密度，kg/m3 C p--------被加热流体平均比热，J/(kg·℃) αi --------流体对内管内壁的对流给热系数，W/(m2·℃) t1、t2------被加热流体流进、出口的温度，℃； A i--------内管的外壁、内壁的传热面积，m2 (T-T w)m-------水蒸气与外壁间的对数平均温度差，℃。 (T-T w)m=（T1-T w1）-（T2-T w2）/ ln[(T1-T w1)/(T2-T w2)] (2) (t w-t)m-------内壁与流体间的对数平均温度差，℃ (t w-t)m=[(t w1-t1)-(t w2-t2)]/ln[(t w1-t1)/(t w2-t2)] (3) 式中：T1、T2-------蒸汽进、出口温度，℃； T w1、T w2、t w1、t w2-------外壁和内壁上进出口温度，℃； 当内管材料的导热性能很好，即λ值很大时，且管壁厚度很薄时，可认为T w1=t w1，T w2=t w2，即为所测该点的壁温。 由(3)式可得：αi= VρC p（t2-t1）/A i(t w-t)m (4) 若能测得被加热流体的V、t1、t2，内管的换热面积A i，水蒸汽温度T，壁温T w1、T w2，就可以通过上式计算出对流给热系数αi。 1.流体在只管内强制对流时的给热系数，可以按下列半经验公式求得： αi =0.023λRe0.8Pr0.4/d i 式中：αi ------流体在直管内强制对流时的给热系数，W/(m2.℃)； λ ------流体的导热系数，W/(m2.℃)； d i-------内管直径，m； Re-------流体在管内的雷诺数，无因次； Pr -------流体的普朗克常数，无因次；
电力电子测试技术创新实验平台
Agenda ?电气工程测试实验平台的建设 ?功率电子产业链分布和发展状况 ?搭建创新实验平台的目的 ?功率电子设备/器件的测试 ?实验平台的内容 ?器件测试平台：电池、功率器件测试 ?电源模块调试分析平台：电源开关损耗测试，PFC电路测试，效率和待机功耗测试?电源整机测试平台：LED驱动电路测试，无线充电测试 ?新能源（三相电）测试平台：小功率三相光伏逆变器测试
功率电子产业链分布 市场对整个产业链提出更高要求，追求更高效率更低功耗 原材料器件芯片SMPS 应用 现代功率电子需要更低功耗和更高效率 功率器件电源管理芯片电源模块 电池 Bosch, Continental, Philips, Delta, Astec, PPI Power Infineon, NXP, Denso TI, Magnachip Maxim, Apple, Nest, St Jude Medical, Thermal Fischer Stryker, BASF, Panasonic, Thermoanalytics 逆变器/充电桩 Tesla, BYD, 北汽新能源 技术进步体现在多个维度（电 压、电流、频率等），需要新的 测试技术手段支持 针对应用的测量需要更高的测量精 度，更快的速度，以及新的测试理 念和行业测试标准，帮助提高电源 效率，降低功耗 泰克的测量技术可以涵盖直流，时域 和射频测试，覆盖广泛的测试需求
电力电子创新实验课程 梳理产业结构，将现代测试案例和测试手段带入学校实验室 原材料器件芯片SMPS 应用 现代功率电子需要更低功耗和更高效率 功率器件电源管理芯 片 电源模块 电池 Bosch, Continental, Philips, Delta, Astec, PPI Power Infineon, NXP, Denso TI, Magnachip Maxim, Apple, Nest, St Jude Medical, Thermal Fischer Stryker, BASF, Panasonic, Thermoanalytics 逆变器/充电桩 Tesla, BYD, 北汽新能源器件测试平台 电源模块的调试 分析平台 电源整机 测试平台 新能源（三相电） 测试平台
一、实验目的 1、了解对流换热的实验研究方法； 2、测定空气横向流过管束表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准数方程式； 3、学习测量风速、温度、热量的基本技能。 二、主要实验设备 本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、倾斜式微压计、皮托管、电位差计、功率表以及调压变压器等组成。 三、实验原理 根据相似理论，流体强制流过物体时的放热系数α与流体流速、物体几何参数、物体间的相对几何位置以及物性等的关系可用下列准数方程式描述： Pr)(Re,f Nu = 实验研究表明，空气横向流过管束表面时，由于空气普郎特数（Pr=0.7）为常数，故一般可将上式整理成下列的指数形式， n C Nu Re = 式中 C,n 均为常数，由实验确定， Nu ——努塞尔特准数 λ ad Nu = Re ——雷诺准数 v d ω= Re 上述各准则中，α——壁面平均对流换热系数[?2/m W ℃] d ——实验管外径，作为定性尺寸，[m] λ——空气导热系数，[?2/m W ℃] ω——空气流过实验管外最窄截面处流速，[m/s] ν——空气运动粘度，]/[2s m 定性温度：空气边界层平均温度)(2 1 f w m t t t +=。 式中：m t ——实验管壁面平均温度[℃]
f t ——空气平均温度本实验的任务在于确定C 与 n 的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压 V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、微压计动压头h 。至于α和ω在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组 Re 、Nu 值；改变空气流速，又得到一组数据，再得一组 Nu 、Re 值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 四、实验数据及处理结果 1.测试所得原始数据 表1测试数据表 2.数据分析与计算 ◆表2热电偶测管温度平均值 ◆已知管长L=450mm,管直径d=40mm ，求得管表面积为205655 .0m L d A =??=π ◆空气进出口的平均绝对温度[K]:K T T T f 15.273)(2 1 21++= ,（见表3）由差值法及查表可知，热电偶
传热膜系数测定实验 实验日期：2010/12/9 班级: 姓名： 学号: 同组人: 实验装置：
一.报告摘要 本实验以套管式换热器为研究对象，并用常压下100℃的水蒸汽冷凝空气来测定传热膜系数，通过实验掌握传热膜系数及传热系数的测定方法，并确定传热膜系数准数关系式中的系数及分析影响传热膜系数的因素。 关键词：传热膜系数α，传热系数K ，努赛尔数Nu ，雷诺数Re ，普朗特准数Pr 二.目的及任务 1. 掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2. 通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3. 通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素。 三.基本原理 对流传热的核心问题是求算传热系数α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为 p n m Gr A Nu Pr Re = 对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，即 n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A,m,n 。 对于方程的关联，首先要有Nu,Re,Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 的值。 牛顿冷却定律为 m t A Q ?=α 式中α——传热膜系数，W/(m 2·℃)； Q ——传热量，W ； A ——总传热面积，m 2；
传热综合实验实验
传热综合实验实验数据记录与处理 1.原始数据记录表格 以下计算以次序1作为计算实例： 空气进口密度52310 4.510 1.2916t t ρ--=-?+=10-5*48.4 2 -4.5*10-3 *48.4+1.2916=1.053 kg/m 3； 空气质量流量m s2 =ρV=1.053*46.286/3600=0.0135kg/s ； 空气流速u=4V/(πd 2)=4*46.286/(3.14*0.02*0.02*3600)=40.95 m/s ； 空气定性温度(t 1+t 2)/2=(48.4+82.7)/2=65.55℃； 换热面积22A d l π== 3.14*0.016*1=0.0502m 2； 空气的比热 C p2=1005 J / (kg ?℃)； 对数平均温度 ()()1 2211221ln t T t T t T t T t m -----= ?=33.001℃；
总给热系数 ()m p t A t t c m K ?-= 1222=0.25933 W/(m 2·℃)； 2.计算结果列表 密度52310 4.510 1.2916t t ρ--=-?+=10-5*50.252 -4.5*10-3 *50.25+1.2916=1.09kg/m 3 流体粘度6235(210510 1.716910t t μ---=-?+?+?） =6235(210*50.25510*50.25 1.716910----?+?+?） =1.96E-05 Pa ·s ； t=定性温度； 流体导热系数8252108100.0244t t λ--=-?+?+ =825210*50.25810*50.250.0244---?+?+= 0.0284 W/(m ·℃)； 雷诺准数μ ρ du =Re =0.016*7.19*1.09/1.96E-05=6397.63； 普兰特数 λ μ 2Pr p c = =(1005*1.96E-05)/ 0.0284=0.694； 理论值 α=4.08.0Pr Re 023.0d λ =0.80.40.0284 0.023*6397.630.6940.016 =39.11 W/(m 2·℃)； 努赛尔数λ αd Nu = = 39.11*0.016/0.0284=22.03。
实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） * 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ；
L i —传热管测量段的实际长度，m 。 、 由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m += 为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） ~ 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要