1．测定列管式换热器的总传热系数，测定管内α与Re之间的关系。
2．考察流体流速对总传热系数的影响。
3．比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。
在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交
换，称为间壁式换热。如图(5－1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，
固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。
达到传热稳定时，有
（5－1）
式中：Q － 传热量，J / s；
m1 － 热流体的质量流率，kg / s；
cp1 － 热流体的比热，J / (kg ∙℃)；
T1 － 热流体的进口温度，℃；
T2 － 热流体的出口温度，℃；
m2 － 冷流体的质量流率，kg / s；
cp2 － 冷流体的比热，J / (kg ∙℃)；
t1 － 冷流体的进口温度，℃；
t2 － 冷流体的出口温度，℃；
a1 － 热流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ∙℃)；
A1 － 热流体侧的对流传热面积，m2；
－ 热流体与固体壁面的对数平均温差，℃；
a2 － 冷流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ∙℃)；
A2 － 冷流体侧的对流传热面积，m2；
－ 固体壁面与冷流体的对数平均温差，℃；
K － 以传热面积A为基准的总给热系数，W / (m2 ∙℃)；
－ 冷热流体的对数平均温差，℃；
热、冷流体间的对数平均温差可由式（5—2）计算，
（5－2）
下面通过两种方法来求对流给热系数。
1． 近似法求算对流给热系数
以管内壁面积为基准的总给热系数与对流给热系数间的关系为，
（5－3）
实验中的传热元件材料采用不锈钢，若忽略换热管壁的导热热阻
和换热管内侧的污垢热阻
，则由式（5－3）得，
（5－4）
由此可见，被忽略的传热热阻与冷流体侧对流传热热阻相比越小，此法所得的准确性就越高。
2． 传热准数式求算对流给热系数
对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，若符合如下范围内：Re=1.0×104～1.2×105,Pr＝0.7～120，管长与管内径之比l/d≥60,则传热准数经验式为，
（5－5）
式中：Nu－努塞尔数，
，无因次；
Re－雷诺数，
，无因次；
Pr－普兰特数，
，无因次；
当流体被加热时n＝0.4，流体被冷却时n＝0.3；本实验，主要是管内的热流体被冷却，故取n为0.3。
a － 流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ∙℃)；
d － 换热管内径，m；
l － 流体的导热系数，W / (m ∙ ℃)；
u － 流体在管内流动的平均速度，m / s；
r － 流体的密度，kg / m3；
m － 流体的粘度，Pa ∙ s；
cp － 流体的比热，J / (kg ∙℃)。
对于水或空气在管内强制对流被冷却时，可将式（5－5）改写为，
（5－6）
令
= 
, 
，根据拟合直线斜率求得C1 。
当测定管内不同流量下的对流给热系数时，由式（5－9）计算所得的C1值为一常数。因此，实验时测定不同流量所对应的
，由式（5－6）求取一系列X、Y值，再在X～Y图上作图或将所得的X、Y值回归成一直线，该直线的斜率即为C1。任一热流体流量下的给热系数a2可用下式求得，
（5－7）
3． 冷流体质量流量的测定
（1）若用转子流量计测定冷空气的流量，还须用下式换算得到实际的流量，
（5－8）
式中： V ' — 实际被测流体的体积流量，m3 / s；
ρ' — 实际被测流体的密度，kg / m3；均可取
下对应水或空气的密度，见冷流体物性与温度的关系式；
V — 标定用流体的体积流量，m3 / s；
ρ — 标定用流体的密度，kg / m3；对水ρ = 1000 kg / m3；对空气ρ = 1.205 kg / m3；
ρf — 转子材料密度，kg / m3。
于是 
(5－9)
（2）若用孔板流量计测冷流体的流量，则，
(5－10)
式中，V 为冷流体进口处流量计读数，ρ为冷流体进口温度下对应的密度。
4． 冷流体物性与温度的关系式
在0～100℃之间，冷流体的物性与温度的关系有如下拟合公式。
（1）空气的密度与温度的关系式：
（2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下
＝
J / (kg ∙℃),
70℃以上＝
J / (kg ∙℃)。
（3）空气的导热系数与温度的关系式： 
（4）空气的黏度与温度的关系式：
| 名称 |
符号 |
单位 |
备注 |
| 冷流体进口温度 |
t1 |
℃ |
热流体走管内，冷流体走管间。列管规格 ，即内径21mm，共7根列管，长1m，则换热面积共0.462m2。 |
| 逆流出口温度 |
t2 |
℃ |
| 并流出口温度 |
t2’ |
℃ |
| 热流体进口温度 |
T1 |
℃ |
| 热流体出口温度 |
T2 |
℃ |
| 热风流量 |
V1 |
m3/h |
| 冷风流量 |
V2 |
m3/h |
本装置采用冷空气与热空气体系进行对流换热。热流体由风机1吸入经流量计V1计量后，进入加热管预热，温度测定后进入列管换热器管内，出口也经温度测定后直接排出。冷流体由风机2吸入经流量计V2计量后，由温度计测定其进口温度，并由闸阀选择逆流或并流传热形式。即：上图冷风左侧进口阀打开即为逆着热风的流向，相应的也应打开对角处的逆流出口阀，这就是逆流换热的流程；类似的，将冷风右侧进口阀打开即为并着热风的流向，打开对角的冷流体并流出口阀，这就是并流换热的流程。冷热流体的流量可由各自风机的旁路阀调节。
1. 打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。
2. 打开热流体风机的出口旁路，启动热流体风机，再调节旁路阀门到适合的实验流量。因本实验热流体走管内，故应测定热流体侧对流换热系数，则热流体风量是主要的实验变量。
3. 若热流体从小做到大，则相应的加热功率也应从小到大设定。例如，热流体实验范围为10~80m3/h，调节流量为10 m3/h时，调节控温旋钮至20~40V，待热风进口温度恒定后可进行下步操作。相应的，热风机流量调大后，控温旋钮的电压值也调大。
4. 将温度切换显示开关调至逆流状态，打开冷流体进出管路上对应逆流流程的阀门，开启冷流体风机，将流量调节至40~60 m3/h间，整个实验过程中冷流体流量均保持恒定。
5. 待某一流量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后，可认为换热过程基本平衡了，抄录冷热流体的流量和温度，即完成逆流换热下一组数据的测定。之后，改变一个热流体的流量和加热功率，再待换热平衡抄录又一组实验数据。
6. 同理，可进行冷热流体的并流换热实验。注意：冷流体流量在整个实验过程中最好保持不变，热流体每次的进口温度可不同，但在一次换热过程中，必须待热流体进出口温度恒定后方可认为换热过程平衡。
7. 实验结束，应先关闭加热器，待各温度显示至室温左右，再关闭风机和其他电源。
1. 逆流换热流程下，固定冷流体流量，求取热流体侧的对流给热系数，并作出相关曲线。
2. 并流换热流程下，固定冷流体流量，求取热流体侧的对流给热系数，并作出相关曲线。
1. 影响传热系数K的因素有哪些？
2. 强化换热器传热的措施有哪些？
3. 哪些因素影响传热的稳定性？
