化工基础实验报告
实验名称 传热系数的测定 班级 姓名 学号 成绩 实验时间 同组成员
一. 实验预习 1． 实验目的
a) 掌握传热系数K、给热系数α和导热系数λ的测定方法； b) 比较保温管、裸管、汽水套管的传热速率，并进行讨论； c) 掌握热电偶测温原理及相关二次仪表的使用方法。 2． 实验原理
根据传热基本方程、牛顿冷却定律及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q以及各相关温度，即可算出 、 和 了。
（1）测定汽-水套管的传热系数
式中： ——传热面积， ；
——冷、热流体的平均温差， ； ——传热速率，W；
汽
式中： 汽——为冷凝液流量，kg/s，
r——为汽化潜热J/kg。
（2）测定裸管的自然对流给热系数 [W/(m2· )]
式中： ——壁温和空气温度， 。 （3）测定保温材料的导热系数λ [W/(m· )]
式中： ——保温层两侧的温度， ；
b——保温层的厚度，m；
Am——保温层内外壁的平均面积，m2
3． 流程装置
该装置主体设备为“三根管”：汽水套管、裸管和保温管。这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。如下图：
4. 实验操作
工艺流程为：锅炉内加热的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液由计量管或量筒收集。三根管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；一根为裸管；还有一根为套管式换热器，管外有来自高位槽的冷却水。可定性观察到三个设备冷凝速率的差异，并测定K、α和λ。 具体实验步骤如下：
1． 熟悉设备流程，检查各阀门的开关情况，排放汽包中的冷凝水。 2． 打开锅炉进水阀，加水至液面计高度的2/3。
3． 将电热棒接上电源，并将调压器从0调至220 V，满功率加热，待出口有蒸汽溢
出时，一定要关闭其中的两个加热阀，将加热功率调至适宜值。
4． 然后，打开套管换热器冷却水进口阀，调节冷却水流量为某一值，并记录。 5． 待过程稳定（即热电偶15和16的温度相近）后，记录汽水套管、裸管、保温管
单位时间内的冷凝液量及各相关热电偶1~16数值。汽-水套管一般记录60 s 时间内的冷凝液量，裸管及保温管一般记录90s以上的冷凝液量。
（注：热电偶温度与电压的关系： =0.0185+25.8123u?0.7416u2+0.0375u3） 6． 重复步骤（5），直至数据重复性较好。注意：实验前后需各记录一个室温值。 7． 实验结束，切断加热电源，关闭冷却水阀。
8． 实验中注意观察锅炉水位，使液面不低于其1/2高度。 9． 注意系统不凝气及冷凝水的排放情况。
10． 锅炉水位靠冷凝回水维持，应保证冷凝回水畅通。
5. 数据处理与讨论
实验中原始数据记录见表1。
表1原始数据记录
热电偶数据 三组电压示数/u 平均电压/u 1.46 1.48 1.50 1.48 1.56 1.58 1.60 1.58 1.60 1.62 1.61 1.61 4.26 4.26 4.26 4.26 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.27 4.26 4.26 4.26 4.26 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 0.72 0.72 0.71 0.72 1.40 1.39 1.40 1.40 4.25 4.22 4.22 4.23 4.26 4.26 4.26 4.26 25.2(起始) 25.7（结束） 25.5（平均） 流量数据 三组流量 平均流量(ml/s) 4.0 3.8 4.4 0.045 3.4 3.2 3.8 0.039 52 54 55 0.894 其他数据 25.2（起始）；25.7（结束）；25.5（平均） 90 L/min 热电偶编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 13 14 15 16 其他数据 室温/℃ 管道 裸管(ml/90s) 保温管(ml/90s) 水汽管(ml/min) 室温/ 冷却水流量
根据热电偶电压和温度的数学关系，求算相关温度。
表2 相应温度数据
管道 保温管 裸管 位置 外壁 内壁 管壁 冷却水进口 蒸汽出口 冷却水出口 蒸汽进口 平均电压/V 1.56 4.27 4.25 0.72 4.23 1.40 4.26 温度/℃ 38.6 99.6 99.2 18.2 98.8 34.7 99.4 △T1 =80.6 △T2 =64.7 △Tm =72.4 汽-水管
（1） 测定汽-水套管的传热系数 汽-水套管的结构尺寸如下：
内管： 外管： 管长：
查表知
汽
则
汽
又知
，
根据
可求得
（2）计算裸管的自然对流给热系数? 裸管的结构尺寸： 同理，可计算放热量为：
汽
传热面积为：
内
壁温取热电偶⑦、⑧、⑨的平均值算，空气温度取实验前后室温的平均值算：
故裸管的自然对流给热系数为：
）
（3）计算保温材料的导热系数? 保温管的结构尺寸如下：