一、实验目的
（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。
二、实验原理
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3-9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。
忽略热损失，达到传热稳定时，有式（3-27）。
式中 Q——传热量，W；
Cp——流体的平均定压比热容，J/（kg·K）；
W——流体的质量流量，kg/s；
T——热流体和冷流体的温度，℃；
图3-9 间壁式传热过程
1，2——分别表示流体进、出口状态；
c，h——分别表示冷、热流体的情况。
K——换热器的总传热系数，W/（m2·℃）；
ΔTm——换热器间壁两侧流体的平均温差，℃；
S——换热器的传热面积，m2。
换热器间壁两侧热、冷流体间的平均温差可由式（3-28）计算：
列管换热器的换热面积可由式（3-29）算得，
式中 d——列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，
所以d取列管内径）；
L——列管长度；
n——列管根数，以上参数取决于列管的设计，详见下文附表。
由此可得换热器的总传热系数，如式（3-30）所示。
在本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管内、冷流体走管间形式，但是热流体热量仍会有部分损失，所以Q应以冷流体实际获得的热能测算，即如式（3-31）所示。
则冷流体质量流量Wc已经转换为密度和体积等可测算的量，其中Vc为冷流体的进口体积流量，所以ρc也应取冷流体的进口密度，即需根据冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。
除查表外，对于0～100℃之间的空气，各物性与温度的关系有如下拟合公式，如式（3-32）～式（3-34）所示。
（1）空气的密度ρ（kg/m3）与温度T（℃）的关系式：(www.xing528.com)
（2）空气的比热与温度的关系式：
三、实验装置
本装置有液—液交换换热器和板式换热器两套换热系统，可以通过阀门的开关配合实现气—气热交换、气—液热交换、液—液热交换，同时利用本装置所配备的温度传感器、流量计等可对进出热交换器冷热介质的温度、流量等参数进行测量。在图3-10中，蒸汽由蒸汽源产生，经过阀门1后通入板式交换器，然后经过阀门19进入凉水箱，从而实现气气热交换；吹风机吹出的冷风依次经过阀门25，阀门23后到达板式交换器，然后通过阀门进入凉水箱；其中，板式换热器的换热面积为1m2。本装置中所有的阀门的默认状态为关闭，在进行实验时应根据实验需要将对应的阀门打开。
图3-10 多功能换热实验平台
1～3，5～26—阀门 4，27—压力表 101～104—温度传感器
各符号的意义见表3-11。
表3-11 装置中各符号的意义
四、实验步骤
（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）连通蒸汽源电源，打开蒸汽源背面的自来水供水开关，打开蒸汽源开关，待蒸汽压力稳定后打开蒸汽出口阀门。（蒸汽温度很高，操作时一定要戴隔热手套，要求穿长袖实验服，并注意保护脖子、脸等裸露的皮肤。开启阀门时，要缓慢的开启，严禁短时间内把阀门开到最大。）
（3）依次打开阀门1、阀门19，并观察压力表4的压力值。
（4）打开阀门25、阀门23、阀门20，在控制柜上打开冷风机电源开关。
（5）记录控制柜显示屏上面温度传感器101、温度传感器102、温度传感器103、温度传感器104的示数。
（6）实验结束后，首先关闭蒸汽源阀门，然后依次关闭剩余阀门。（经蒸汽加热后各个管路的温度都很高，注意不要烫伤。）
五、结果与讨论
（1）做好实验记录。
（2）逆流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K。
（3）并流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K。
六、注意事项
（1）操作过程中，蒸汽压力应控制在0.02MPa（表压）以下，以避免压力过大造成不锈钢管爆裂和填料损坏。
（2）确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意蒸汽量的调节和压力表读数的调整。
思考题
1.冷流体和蒸汽流向如何影响传热效果？
2.冷凝水的残留会对传热产生何种影响？应该如何排走冷凝水？
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