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实验三 换热系数K的测定
3.1实验内容
（1）测定水蒸汽～空气物系在常用流速范围内的传热系数；
（2）改变空气流量，待达到定态操作稳定后，降低空气流量，并维持热流体进口温度不变，
测定传热系数K；
（3）通过实验了解影响传热系数K的因素。
3.2基本原理
工业上大量存在的传热过程（指间壁式传热过程）都是由固体内部的导热及各种流体与固体表面间的给热组合而成的。传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。 3.2.1传热基本方程式
热流密度q是反映具体传热过程速率大小的特征量。对q的计算，需要引入壁面温度，而在实际计算时，壁温往往是未知的。为实用方便，希望能避开壁温，直接根据冷、热流体的温度进行传热速率的计算。
在间壁式换热器中，热量序贯地由热流体传给壁面左侧、 再由壁面左侧传导至壁面右侧、最后由壁面右侧传给冷流体 （参见图1）。在定态条件下，并忽略壁面内外表面的差异， 则各环节的热流密度相等，即
q?QT?TwTw?twtw?t??? (1)
1?1A?hT?t1??c由（1）式可以得到
q??h式中
?????c图1 传热界面温度分布图 推动力? (2) 1阻力?h??c1?1、、分别为各传热环节对单位传热而言的热阻。由上式，串联过程的推动力和
阻力具有加和性。在工程上，上式通常写成:
Q=KA(T-t) （3） 式中 K?1?1???h??c1 （4）
式（4）为传热过程总热阻的倒数，称为传热系数。比较式（1）和式（2）两式可知，给热系数?同流体与壁面的温差相联系，而传热系数K则同冷、热流体的温差相联系。
由于冷流体的温度差沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷、热流体温度成线性关系，故将
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（3）式中（T-t）的推动力用换热器两端温差的对数平均温差来表示，即
Q=KA?tm （5）
3.2.2 热量衡算方程式
图2为一定态双管程列管换热器，热流体走壳程，体积流量为qm2，进口温度T1，出口温度T2；冷流体走管内，体积流量为qm2，进口温度t1，出口温度t2，热流体放出的热量等于冷流体得到的热量，即
Q=qm2ρ2Cp2(t2-t1)=qm1ρ1Cp1(T1-T2) （6）
3.2.3 传热过程的调节 在换热器中，若热流体的流量qm1或进口温度T1发生变化，而要求出口温度T2保持原来数值不变，可通过调节冷却介质流量来达到目的。但是这种调节作用不能单纯地从热量衡算的观点理解为冷流体的流量大带走的热量多，流量小带走的热量小。根据传热基本方程式，正确的理解是 ，冷却介质流量的调节，改变了换热器内传热过程的速率。传热速率的改变，可能来自?tm的变化，也可能来自K的变化， 而多数是由两者共同引起的。 如果 ?2≥?1，调节qm2，K基本不变，调节作用主要靠?tm的变化。如果?2≤?1或?2≈?1,调节qm2,将使?tm和K皆有较大变化,此时过程调节是两者共同作用的结果。
3.2.4 实验装置的建立依据 将(5)和(6)式联立,则
KA?tm= qm2ρ2Cp2(t2-t1) (7) 其中： ?tm?(T1?t2)?(T2?t1) (8)
T1?t2lnT2?t1(t2?t1) （9）
T?t1lnT?t2 (10)
若T1=T2，则：?tm? K?qm2?2Cp2(t2?t1)A?tm若实验物系选定水蒸汽与空气，由(9)、(10)式告诉我们,实验装置中需要确定的参数和安装的仪表有：
A-------------由换热器的结构参数而定；
qm2------------测冷流体的流量计；
t1、t2---------测冷流体的进、出口温度计； T -------------测热流体的进口温度计；
Cp2------------由冷流体的进、出口平均温度决定。
将以上仪表、换热器、气源、及管件阀门等部件组建成如下实验装置图。
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