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实验五套管换热器液-液热交换系数及膜系数的测定

一、实验目的

在工业生产或实验研究中，常遇到两种流体进行热量交换，来达到加热或冷却之目的。

为了加速热量传递过程，往往需要将流体进行强制流动。

对于在强制对流下进行的液一液热交换过程，曾有不少学者进行过研究，并取得了不少

求算传热膜系数的关联式。这些研究结果都是在实验基础上取得的。对于新的物系或者新的

设备，仍需要通过实验来取得传热系数的数据及其计算式。

本实验的目的，是测定在套管换热器中进行的液一液热交换过程的总传热系数。流体在

圆管内作强制湍流时的传热膜系数，以及确立求算传热系数的关联式。同时希望通过本实验，

对传热过程的实验研究方法有所了解，在实验技能上受到一定的训练，并对传热基本原理加

深理解。

二、实验原理

冷热流体通过固体壁所进行的热交换过程，先由热流体把热量传递给固体壁面，然后由

固体壁面的一侧传向另一侧，最后由壁面把热量传给冷流体。换言之，热交换过程即为给热

-导热-给热三个串联过程组成。

若热流体在套管热交换器的管内流过，而冷流体在管外流过，设备两端试点上的温度如

图所示，则在单位时间内热流体向冷流体传递的热量，可由热流体的热量衡算方程来表示：

QmC(TT)

sp12J/s(1)

就整个热交换而言，由传热速率基本方程经过数学处理，可得计算式为

QKATJ/s(2)

m

式中：

Q-传热速率，J/s或W；

m-热流体质量流率Kg/SKg/S；

s

Cp-热流体的平均比热容，J/（Kg??K）；

T-热流体的温度，K；

T’’-冷流体的温度，K；

T-固体壁面温度，K；

w

2

K-传热总系数，W/（m??K）；

A-热交换面积，m’

ΔT一两流体间的平均温度差，K．

m

(符号下标1和2分别表示热交换器两端的数值)

若ΔT，和ΔT：分别为热交换器两端冷热流体之间的温度差，即

12

TTT(3)

111

TTT(4)

222

则平均温度差可按下式计算：

TT

T12(5)

mT

ln1

T

2

由(1)和(2)两式联立求解，可得传热总系数的计算式：

mC(TT)(6)

Ksp12

AT

m

就固体壁面两侧的给热过程来说，给热速率基本方程为：

(7)

QA(TT)A(TT)

1Wm1Wm

根据热交换两端的边界条件，经数学推导，同理可得管内给热过程的给热速率计算式：

QAT(8)

1Wm

式中：

2

αα与αα-分别表示固体壁两侧的传热膜系数，W/m·K；

12