2010年 5月 13日星期四
化工原理实验
总传热系数与热损失
2010年 5月 13日星期四
一,实验目的及任务
1,定裸管及保温管的 热损失, 比较二者大小 。
2,测定保温管保温材料 （ 聚胺酯泡沫塑料 ） 的
导热系数 λ。
3,掌握管壁对空气 自然对流传热膜系数 的测定
方法 。
4,熟悉几种蒸汽加热设备 传热系数 的简便测定
方法, 并比较它们的大小 。
2010年 5月 13日星期四
二、基本原理
? 工业生产中，若设备的外壁温度高于周围环
境（大气）温度，则设备壁面将以对流和辐射
方式向外散热，造成 热损失 。
? 如果设备内为水蒸气冷凝，则只要测量设备
内蒸汽的冷凝量即可算出 热损失量 。
2010年 5月 13日星期四
st
℃
设蒸汽在其饱和温度
st
℃ 下冷凝，产生凝液的
体积为 ? ?hmV 3,密度为 ? ?3mkg?,在饱和温
度下水蒸气的汽化潜热为 ? ?kgkjr,凝液温度也
为 则设备的热损失可由下式求得：
rVQ ??? ? hkj
3600
rV ??? ?
KW
2010年 5月 13日星期四
对于置于大空间的小设备的自由放热情况而言，
若其传热面积为 A ? ?2m,设备内蒸汽的温度为
st
℃,
周围空气的温度为
at
℃, 并假设保持不变，则其传
热系数可按传热 基本方程式
mtKAQ ??
求得，即：
mtA
QK
?
? KmKW 2
2010年 5月 13日星期四
? ?as ttA
QK
?
? KmKW 2
对于强制对流换热设备，其传热系数仍可用上
式计算，但其中
mt?
应为 对数平均值,就本实验
装置水或空气经套管换热而言
mt?
=
出
进
进出
－
－
－
tt
tt
l
t
s
s
n
t
2010年 5月 13日星期四
式中
出t 进t
st
表示水（或空气）的出口温度，
表示水（或空气）的进口温度,表示设备中
蒸汽的饱和温度。
计算热损失的对流辐射联合 传热膜系数 。
可由下式求得：
??
)( aww ttA
Q
?
KmKW 2
2010年 5月 13日星期四
式中 Q为按式 1求得到热损失量，
wA
2m
wt at
为设备的
外壁面积, 为壁温。 为环境空气的温度。
保温材料导热系数 可由下式求得。?
1
2
21
ln
2
r
r
tt
L
Q
?
?
?
?
MKW
2010年 5月 13日星期四
式中：
L --为保温层长度；
1t
--为保温层内表面温度；
2t
--为保温层外表面温度
1r
--为保温层的内半径；
2r
--为保温层的外半径；
Q
--通过壁面散失的热量可按式 1求得
2010年 5月 13日星期四
三、装置和流程
本实验装置如图 5－ 1所示。
设备共有五根传热管，管径为 Φ34× 4㎜,管
长 1000㎜,外套管管径为 Φ60× 3.5㎜ 。
装置和流程见
2010年 5月 13日星期四 图 5— 1 热损失实验装置图
1
2
3
4
5
6
7
8
9(1--4)
10(1--4)
11
12
12
12
12
12
11
11
11
11
15 16
17
18
19
水
蒸
气
去
地
沟
来自风管
排入大气
来自高位水槽
去地沟
14
13
数字表示
2010年 5月 13日星期四
1.加热蒸汽调节阀 ; 2,压力表；
3,排水阀； 4,翅片管（翅片为装）
5,水夹套管； 6,裸管；
7,空气夹套管； 8,保温管；
9,（ 1～ 4）液封管； 10,（ 1～ 4）量筒；
11,（ 1～ 5）凝液收集阀；
12,（ 1～ 5）不凝性气体排气阀；
13,空气调节阀； 14.水调节阀；
15,16,U型压差计； 17.保温瓶；
18,转换开关； 19,UJ36电位差计；
20,铠装热电偶
2010年 5月 13日星期四
四、操作要点
1,在实验开始前必须掌握 UJ－ 36电位差计的使
用方法 。
2,调好冷却风速和水速：打开空气阀门 13及水
阀门 14,参照 压差 — 流速图, 利用 U型压差计
15.16,使风速及水速保持在常用流速范围 。
3,调好 蒸汽流量 ；
2010年 5月 13日星期四
a） 缓缓 打开总蒸汽阀 1,五根管子同时进气, 打
开排水阀 3,排出气包内冷凝水, 然后关闭 。
b） 打开各个放气阀 12,待 空气排净后, 再关小,
但在整个实验过程中始终微开 （ 以冒少量蒸汽
为宜 ） 。
c ） 细心地调节总蒸汽阀 1，使各个 U型液封管 9
内保持 40～ 60㎜ 水柱的液封，（不允许有夹带
蒸汽冒出），使之 稳定片刻,即可测取数据。
2010年 5月 13日星期四
4,测定 传热系数和热损失,用量筒 10接取凝液,
并用秒表记录时间 。
对空气套管每 15分钟计量一次凝液量, 水套
管实验由于凝液量大, 每 2～ 3分钟计量一次 。
测量 凝液温度, 裸管壁温, 保温管保温层里
外温度, 室内空气温度, 重复两次 。
2010年 5月 13日星期四
? 注意,为减少数据波动, 实验时 不得 开启门
窗和尽量减少在室内走动 。
5,实验结束停汽排净气包冷凝水, 停空气, 停
水 。
并收拾整理现场, 还清仪器设备, 经导师允
许后方可离开实验室 。
2010年 5月 13日星期四
五、报告要求
1、计算保温材料聚酯酯泡沫塑料的 导热系数 。?
2、计算 裸管道 对流辐射联合传热膜系数,并
于书中公式计算值进行比较。
T?
3、计算 空气套管，水套管道 传热系数 K并和经
验数值进行比较。
2010年 5月 13日星期四
4、比较保温管与裸管道热损失。
5、实验结果讨论。
2010年 5月 13日星期四
六、讨论题
1、在实验过程中 为什么 要保持排气阀 12有少量
蒸汽 冒出？为什么液封管又不允许 夹带 蒸汽？
2,在测定水套管或空气套管传热系数 k值时，为
什么要保持 冷却水速和冷却风速恒定？
3、所测同一管截面不同环向位置的 壁温 是否相
同进？为什么？计算时应怎样去壁温？壁温应
接近 蒸汽 温度还是 空气 温度？为什么?
2010年 5月 13日星期四
4、你测得值 与用教科书公式计算得的 是
否一致？分析一下出现差异的 原因 有哪些？
T? T?
5、试比较几根实验室的传热系数 Ｋ 值，并从
中体会出 Ｋ 值主要受哪些 因素 影响。
2010年 5月 13日星期四
?制作人 杨小伟 周坤
牛娅丽 贾海峰
?单位 九九化工系
?指导教师 梁英华 李国江
化工原理实验
总传热系数与热损失
2010年 5月 13日星期四
一,实验目的及任务
1,定裸管及保温管的 热损失, 比较二者大小 。
2,测定保温管保温材料 （ 聚胺酯泡沫塑料 ） 的
导热系数 λ。
3,掌握管壁对空气 自然对流传热膜系数 的测定
方法 。
4,熟悉几种蒸汽加热设备 传热系数 的简便测定
方法, 并比较它们的大小 。
2010年 5月 13日星期四
二、基本原理
? 工业生产中，若设备的外壁温度高于周围环
境（大气）温度，则设备壁面将以对流和辐射
方式向外散热，造成 热损失 。
? 如果设备内为水蒸气冷凝，则只要测量设备
内蒸汽的冷凝量即可算出 热损失量 。
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st
℃
设蒸汽在其饱和温度
st
℃ 下冷凝，产生凝液的
体积为 ? ?hmV 3,密度为 ? ?3mkg?,在饱和温
度下水蒸气的汽化潜热为 ? ?kgkjr,凝液温度也
为 则设备的热损失可由下式求得：
rVQ ??? ? hkj
3600
rV ??? ?
KW
2010年 5月 13日星期四
对于置于大空间的小设备的自由放热情况而言，
若其传热面积为 A ? ?2m,设备内蒸汽的温度为
st
℃,
周围空气的温度为
at
℃, 并假设保持不变，则其传
热系数可按传热 基本方程式
mtKAQ ??
求得，即：
mtA
QK
?
? KmKW 2
2010年 5月 13日星期四
? ?as ttA
QK
?
? KmKW 2
对于强制对流换热设备，其传热系数仍可用上
式计算，但其中
mt?
应为 对数平均值,就本实验
装置水或空气经套管换热而言
mt?
=
出
进
进出
－
－
－
tt
tt
l
t
s
s
n
t
2010年 5月 13日星期四
式中
出t 进t
st
表示水（或空气）的出口温度，
表示水（或空气）的进口温度,表示设备中
蒸汽的饱和温度。
计算热损失的对流辐射联合 传热膜系数 。
可由下式求得：
??
)( aww ttA
Q
?
KmKW 2
2010年 5月 13日星期四
式中 Q为按式 1求得到热损失量，
wA
2m
wt at
为设备的
外壁面积, 为壁温。 为环境空气的温度。
保温材料导热系数 可由下式求得。?
1
2
21
ln
2
r
r
tt
L
Q
?
?
?
?
MKW
2010年 5月 13日星期四
式中：
L --为保温层长度；
1t
--为保温层内表面温度；
2t
--为保温层外表面温度
1r
--为保温层的内半径；
2r
--为保温层的外半径；
Q
--通过壁面散失的热量可按式 1求得
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三、装置和流程
本实验装置如图 5－ 1所示。
设备共有五根传热管，管径为 Φ34× 4㎜,管
长 1000㎜,外套管管径为 Φ60× 3.5㎜ 。
装置和流程见
2010年 5月 13日星期四 图 5— 1 热损失实验装置图
1
2
3
4
5
6
7
8
9(1--4)
10(1--4)
11
12
12
12
12
12
11
11
11
11
15 16
17
18
19
水
蒸
气
去
地
沟
来自风管
排入大气
来自高位水槽
去地沟
14
13
数字表示
2010年 5月 13日星期四
1.加热蒸汽调节阀 ; 2,压力表；
3,排水阀； 4,翅片管（翅片为装）
5,水夹套管； 6,裸管；
7,空气夹套管； 8,保温管；
9,（ 1～ 4）液封管； 10,（ 1～ 4）量筒；
11,（ 1～ 5）凝液收集阀；
12,（ 1～ 5）不凝性气体排气阀；
13,空气调节阀； 14.水调节阀；
15,16,U型压差计； 17.保温瓶；
18,转换开关； 19,UJ36电位差计；
20,铠装热电偶
2010年 5月 13日星期四
四、操作要点
1,在实验开始前必须掌握 UJ－ 36电位差计的使
用方法 。
2,调好冷却风速和水速：打开空气阀门 13及水
阀门 14,参照 压差 — 流速图, 利用 U型压差计
15.16,使风速及水速保持在常用流速范围 。
3,调好 蒸汽流量 ；
2010年 5月 13日星期四
a） 缓缓 打开总蒸汽阀 1,五根管子同时进气, 打
开排水阀 3,排出气包内冷凝水, 然后关闭 。
b） 打开各个放气阀 12,待 空气排净后, 再关小,
但在整个实验过程中始终微开 （ 以冒少量蒸汽
为宜 ） 。
c ） 细心地调节总蒸汽阀 1，使各个 U型液封管 9
内保持 40～ 60㎜ 水柱的液封，（不允许有夹带
蒸汽冒出），使之 稳定片刻,即可测取数据。
2010年 5月 13日星期四
4,测定 传热系数和热损失,用量筒 10接取凝液,
并用秒表记录时间 。
对空气套管每 15分钟计量一次凝液量, 水套
管实验由于凝液量大, 每 2～ 3分钟计量一次 。
测量 凝液温度, 裸管壁温, 保温管保温层里
外温度, 室内空气温度, 重复两次 。
2010年 5月 13日星期四
? 注意,为减少数据波动, 实验时 不得 开启门
窗和尽量减少在室内走动 。
5,实验结束停汽排净气包冷凝水, 停空气, 停
水 。
并收拾整理现场, 还清仪器设备, 经导师允
许后方可离开实验室 。
2010年 5月 13日星期四
五、报告要求
1、计算保温材料聚酯酯泡沫塑料的 导热系数 。?
2、计算 裸管道 对流辐射联合传热膜系数,并
于书中公式计算值进行比较。
T?
3、计算 空气套管，水套管道 传热系数 K并和经
验数值进行比较。
2010年 5月 13日星期四
4、比较保温管与裸管道热损失。
5、实验结果讨论。
2010年 5月 13日星期四
六、讨论题
1、在实验过程中 为什么 要保持排气阀 12有少量
蒸汽 冒出？为什么液封管又不允许 夹带 蒸汽？
2,在测定水套管或空气套管传热系数 k值时，为
什么要保持 冷却水速和冷却风速恒定？
3、所测同一管截面不同环向位置的 壁温 是否相
同进？为什么？计算时应怎样去壁温？壁温应
接近 蒸汽 温度还是 空气 温度？为什么?
2010年 5月 13日星期四
4、你测得值 与用教科书公式计算得的 是
否一致？分析一下出现差异的 原因 有哪些？
T? T?
5、试比较几根实验室的传热系数 Ｋ 值，并从
中体会出 Ｋ 值主要受哪些 因素 影响。
2010年 5月 13日星期四
?制作人 杨小伟 周坤
牛娅丽 贾海峰
?单位 九九化工系
?指导教师 梁英华 李国江
