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。
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 Q1 与自来水
得到的热量 Q2 应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，实验中以 Q2
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：
水进口
转 子 流
量计
空气进口
温度计
温度计
列管式
换热器
转子流
量计
温度计
温度计风机
调节阀
空气电
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
压强 mH2O
空气流量
读数 m3/h
空气进口温
度℃
空气出口温度℃
水流量
L/h
水进口温度℃ 水出口温度℃
1 1.6 16 110 29.2 80 18.9 21.9
2 1.6 16 110 29.4 80 18.9 21.9
1 1.6 16 110 29.9 60 18.9 22.4
2 1.6 16 110 29.9 60 18.9 22.3
1 1.6 16 110 31.9 20 19.0 24.8
2 1.6 16 110 32.0 20 19.0 24.9
1 1.6 11 110 29.6 20 19.1 23.0
2 1.6 11 110 29.6 20 19.0 23.0
1 1.6 6 110 27.8 20 19.0 21.3
2 1.6 6 110 27.8 20 19.0 21.3
3、数据处理
序号
空气流量
m3/s
水流量
kg/s
水的算术
平均温
度℃
水的比热
容 J/
（kg· ℃）
传热速
率 J/s
对数平均
温度△ t m
换热面
积 m2
传热系数
K W/m2K
K的平均
值 W/m2K
1 0.0044 0.0222 20.40 4183 278.867 36.2479 0.4 19.2333
2 0.0044 0.0222 20.40 4183 278.867 36.4816 0.4 19.1101
19.1717
1 0.0044 0.0167 20.65 4183 244.008 36.9177 0.4 16.5238
2 0.0044 0.0167 20.60 4183 237.037 36.9456 0.4 16.0396
16.2817
1 0.0044 0.0056 21.90 4185 134.850 38.2991 0.4 8.8024
2 0.0044 0.0056 21.95 4185 137.175 38.3740 0.4 8.9367
8.8696
1 0.0031 0.0056 21.05 4184 90.653 36.1782 0.4 6.2644
2 0.0031 0.0056 21.00 4184 92.978 36.2936 0.4 6.4046
6.3345
1 0.0017 0.0056 20.15 4183 53.449 34.5811 0.4 3.8641
2 0.0017 0.0056 20.15 4183 53.449 34.5811 0.4 3.8641
3.8641
六、实验结果及讨论
1、求出换热器在不同操作条件下的传热系数。
计算数据如上表，以第一次记录数据序号 1 为例计算说明：
空气流量：
V
气
16
3600
0.0044m / s
水流量：
W
水
3
80 10 1000
3600
0.0222kg / s
水的算数平均温度：
T
t
1
t 18.9 21. 9
2
2 2
20. 4
度
查表得，此温度下水的 比热容： C 4183J /( kg K )
p
传热速率
Q W C
p
(t
2
t ) 0. 0222 4183 ( 21.9 18.9) 278.867 J /
1
s
对数平均温度
t m
逆
(T T ) (T T ) （ ）
(110 21.9) 29. 2 18.9
气进 水出 气出 水进
ln
T
气进
T
气出
T
水出
T
水进
ln
110 21.9
29.2 18.9
36.2479
P
t
2
T
1
t
1
t
1
21.9
110
18.9
18.9
0.0329
R
T
1
t
2
T
2
t
1
110
21.9
29.2
18. 9
26.9333
查图得校正系数 1.0
t
t
m
t
t
m逆
1.0 36. 2479 36.2479
传热系数
K
S
Q
t
m
278.867
0.4 36.2479
19.2333W
/(
2
m
K
)
19 .2333 19.1101
2
K K 19.1717W /(m K )
的平均值：
2
2、对比不同操作条件下的传热系数，分析数值，你可得出什么结论？
答：比较一、二、三组可知当空气流量不变，水的流量改变时，传热系数变化不
大，比较四、五组可知空气流量改变而水的流量不改变时， 传热系数有很大变化，
且空气流量越大，传热系数越大，传热效果越好；综上可知， K 值总是接近热阻
大的流体侧的 α 值，实验中，提高空气侧的 α 值以提高 K 值。。
3、转子流量计在使用时应注意什么问题？应如何校正读数？
答：转子流量计不能用于流量过大的流体测量，使用时流量计必须安装在
垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。
读数时应读转子的最大截面与玻璃管刻线相交处的数值，可以读初始值和
最终值，取两者之差来校正读数。
4、针对该系统，如何强化传热过程才能更有效，为什么？
答：该系统传热效果主要取决于热流体， 所以可以通过增加空气流量， 提高其所
占比例来强化传热效果； 减小水的流量； 内管加入填充物或采用螺纹管， 加热面
在上，制冷面在下。
因为由实验可知提高热阻大的流体的传热系数可以更有效的
强化传热过程。
5、逆流换热和并流换热有什么区别？你能用实验装置加以验证吗？
答: ①逆流换热时热流体是冷热流体流动方向相反；而并流传热时，其冷热流体
流动方向相同；②在相同操作条件下， 逆流换热器比并流换热器所需传热面积小。
可以改变冷热流体进出口方向， 测得在相同传热效果下， 逆并流所需传热面积大
小，从而加以验证。
6、传热过程中，哪些工程因素可以调动？
答：①增大传热面积 S；②提高传热系数 α；③提高平均温差
t；④换热过程
m
的流型（并流，逆流，错流）。
7、该实验的稳定性受哪些因素的影响？
答：①冷凝水流通不畅，不能及时排走；②空气成分不稳定，导致被冷凝效果不
稳定；③冷热流体流量不稳定；④传热器管表面的相对粗糙度。
8、你能否对此实验装置作些改进，使之能够用于空气一侧对流传热系数的测
定？
答：让空气走壳程，水走管程，根据流体在管外的强制对流公式，可提出空气一
侧的对流传热系数 α值。
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