热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—4）计算，
?tm??T1?t2???T2?t1?T?t2ln1T2?t1 （4）
当在套管式间壁换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以冷空气或水进行对流传热系数测定实验时，则由式（1）得内管内壁面与冷空气或水的对流传热系数，
m2cp2?t2?t1?A2?tW?t?M?2? （5）
实验中测定紫铜管的壁温tw1、tw2；冷空气或水的进出口温度t1、t2；实验用紫铜管的长度l、内径d2，A2??d2l；和冷流体的质量流量，即可计算?2。
然而，直接测量固体壁面的温度，尤其管内壁的温度，实验技术难度大，而且所测得的数据准确性差，带来较大的实验误差。因此，通过测量相对较易测定的冷热流体温度来间接推算流体与固体壁面间的对流给热系数就成为人们广泛采用的一种实验研究手段。
由式（1）得，
K?qm2cp2?t2?t1?A?tm （6）
实验测定m2、t1、t2、T1、T2、并查取t平均?式计算得总给热系数K。
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?2
1?t1?t2?下冷流体对应的cp2、换热面积A，即可由上2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，
bddd11??RS2?2?RS12?2 （7） K?2?dmd1?1d1式中：d1 － 换热管外径，m；
d2 － 换热管内径，m；
dm － 换热管的对数平均直径，m； b － 换热管的壁厚，m；
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? － 换热管材料的导热系数，W / (m ? ℃)；
RS1－ 换热管外侧的污垢热阻，m2?KW； RS2－ 换热管内侧的污垢热阻，m2?KW。
用本装置进行实验时，管内冷流体与管壁间的对流给热系数约为几十到几百Wm.K；而管外为蒸汽冷凝，冷凝给热系数?1可达~10Wm.K左右，因此冷凝传热热阻
422d2可忽略，同时蒸汽冷凝?1d1较为清洁，因此换热管外侧的污垢热阻RS1d2也可忽略。实验中的传热元件材料采用紫铜，导热系数d1bd2可忽略。若换热管内侧的污垢热阻?dm为383.8Wm?K，壁厚为2.5mm，因此换热管壁的导热热阻
RS2也忽略不计，则由式（7）得，
?2?K （8）
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?2
对于流体在圆形直管内作强制湍流对流传热时，传热准数经验式为，
Nu?0.023Re0.8Prn （9） 式中：Nu－努塞尔数，Nu??d，无因次； ?Re－雷诺数，Re?du?，无因次； ?cp??Pr－普兰特数，Pr?，无因次；
当流体被加热时n＝0.4，流体被冷却时n＝0.3；
? － 流体与固体壁面的对流传热系数，W / (m2 ?℃)；
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d － 换热管内径，m；
? － 流体的导热系数，W / (m ? ℃)； u － 流体在管内流动的平均速度，m / s； ? － 流体的密度，kg / m3； ? － 流体的粘度，Pa ? s； cp － 流体的比热，J / (kg ?℃)。
对于空气在管内强制对流被加热时，可将式（9）改写为，
0.80.81????????20.023?4?11??????令， m?0.023?4?0.8??211.8??d2???2Pr20.4??qm2??? （10） ?1.8?d2 （11）
??21?? X??2Pr20.4??qm2??? （12） ?0.8 Y?1?2 （13）
C?RS2?bd2dd?RS12?2 （14） ?dmd1?1d1则式（7）可写为，
Y?mX?C （15）
当测定管内不同流量下的对流给热系数时，由式（14）计算所得的C值为一常数。管内径d2一定时，m也为常数。因此，实验时测定不同流量所对应的t1、t2、T1、T2，由式（4）、（6）、（12）、（13）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m。任一冷流体流量下的给热系数?2可用下式求得，
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?2Pr20.4?qm2??? ?2????? （16） m?2?3． 冷流体质量流量的测定
用孔板流量计测冷流体的流量，则，
0.8m2??V (17)
式种，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可从《化工原理》教材附录查取。
三、实验装置与流程
1．实验装置
实验装置如图2所示。
图2 水蒸气～空气换热流程图
来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器环隙，与来自风机的空气在套管换热器内进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气经孔板流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。
2．设备与仪表规格
（1）紫铜管规格：直径φ21×2.5mm，长度L=1000mm （2）外套不锈钢管规格：直径φ100×5mm，长度L=1000mm （3）压差变送器：BP800 1KPa （4）智能温度、流量显示仪
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（5）压力表规格：0～0.1MPa
四、实验步骤
1、 关闭蒸汽发生器排污阀，打开进水阀，检查水箱是否储满水，如是，打开电源开关。 2、 打开控制台上的总电源开关，蒸汽发生器电源开关，打开仪表开关，使仪表通电预热。 3、 打开控制台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开阀4，让套管换热器里充有一定量
的空气。
4、 打开阀1，注意开度适中，开度太大会使换热桶中的蒸汽跑掉，开度太小会使换热玻璃管
里的蒸汽压力增大而导致玻璃管炸裂。
5、 在做实验前，应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸
汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门3，打开装置下面的排冷凝水阀门2，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀2，可进行实验。
6、 刚开始通入蒸汽时，要仔细调节阀3的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷
态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。 7、 当一切准备好后，打开蒸汽进口阀3，蒸汽压力调到0.01Mpa，并保持蒸汽压力不变。 （可
通过调节不凝性气体排除阀以及阀3开度来实现。）
8、 手动调节空气流流量时，可通过调节空气的进口阀4，改变冷流体的流量到一定值，也可
通过仪表台上的变频器手动调节旋钮调节变频器的频率改变流量。在每个流量条件下，均须待热交换过程稳定后方可记录实验数值，一般每个流量下至少应使热交换过程保持15分钟方为稳定；改变不同流量，记录不同流量下的实验数值。自动档时可通过软件设置变频器的频率改变变频器的频率来改变转速。
9、 记录8～10组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀3与空气进口阀4，关闭仪表电源、
巡检仪电源及电动调节阀或风机电源。 10、 关闭蒸汽发生器。 注意事项
1、 先打开排冷凝水的阀1，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，开的太
小会使换热玻璃管里的蒸汽压力增大而玻璃管炸裂。
2、 一定要在套管换热器内管输以一定量的空气后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线
上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。
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