对流给热系数测定实验虚拟仿真系统
传热及热量传递，凡存在温度差的地方，必有热量传递。化学工业与传热关系十分密切， 很多化工过程和操作都设计加热或冷却。例如，化学反应通常需要再一定温度下进行，为 了达到和保持所要求的温度，就需要向反应器输入或移除一定的热量。此外，化工设备的保 温、生产中热能的合理利用及废热的回收等均遇到传热问题。化工生产对传热技术的运用通常 有以下两种情况。
（1）强化传热：在传热设备中加热或冷却物料，要求提高各种换热设备的传热速率。
（2）削弱传热：对设备或管道进行隔热，要求降低传热速率。
对流给热系数测定实验是化工单元操作之一。目的是让学生了解套管换 热器的对流给热系数及总传质系数。在实验过程中学生需要观察观察水 蒸气在水平管外壁上的冷凝现象，测定空气或水在圆形直管内强制对流 给热系数，测定蒸汽在水平管外冷凝给热系数，掌握热电阻（偶）测温 方法，掌握涡轮流量传感器和智能流量计算仪的工作原理和使用方法。
通过对流给热系数测定仿真实验，实现虚实结合，辅助恒压过滤常数测定实验的 实验教学。解决了对流给热系数测定实验过程中的预习难、实验讲解难、实验操 作难、练习难、数据处理难、实验考核难、实验教学管理难等一系列问题，提高 了教与学的质量。
通过对流给热系数测定仿真实验，学生可以了解对流给热系数测定实验的目 的、原理、操作流程以及数据处理方法等。掌握实验装置中套管换热器等各 个主要部件的基本结构和原理。在虚拟操作过程中，学生可掌握对流给热系 数测定即总传热系数测定的方法。在操作自测部分，完成对流给热系数测定实验的仿真考核。
套管换热器中，环隙通以水蒸气，内管管内通以空气或水，水蒸气冷凝放热以加热空气或水，在传热过程达到稳定后，有如下关系式：
式中：
——被加热流体体积流量，
；
——被加热流体密度，
；
——被加热流体平均比热，
；
——水蒸气对内管外壁的冷凝给热系数和流体对内管内壁的对流给热系数，
；
——被加热流体进、出口温度，
；
——内管的外壁、内壁的传热面积，
；
——水蒸气与外壁间的对数平均温差， ；
——内壁与流体间的对数平均温差， ；
式中： ——蒸汽进、出口温度， ；
——外壁和内壁上进、出口温度， ；
当内管材料导热性能很好，即λ值很大，且管壁厚度很薄时，可认为
，
，即为所测得的该点的壁温。
可得：
若能测得被加热流体的
，内管的换热面积
或
，以及水蒸气温度
，壁温
，则可通过式(4)算得实测的水蒸气（平均）冷凝给热系数
；
通过式（5）算得实测的流体在管内的（平均）对流给热系数 
。
在水平管外，蒸汽冷凝给热系数（膜状冷凝），可由下列半经验公式求得：
式中： ——蒸汽在水平管外的冷凝给热系数，
——水的导热系数，
——重力加速度
，
——水的密度
，
——饱和蒸汽的冷凝潜热
，
——水的粘度
，
——内管外径
，
——蒸汽的饱和温度
和壁温
之差，
上式中，定性温度除冷凝潜热为蒸汽饱和温度外，其余均取液膜温度，即
，其中：
。
流体在直管内强制对流的给热系数，可按下列半经验公式求得：
湍流时：
式中： ——流体在直管内强制对流时的给热系数，
——流体的导热系数，
——内管内径，
Re——流体在管内的雷诺数，无因次
Pr——流体的普朗特数，无因次
上式中，定性温度均为流体的平均温度，即
。
过渡区时：
式中：
修正系数，
本实验装置由蒸汽发生器、LWQ—25型涡轮流量变送器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。
图 对流给热系数测定实验流程图
对流给热系数测定实验仿真系统以1：1比例绘制实验设备模型，通过系统，学生可以进行实验预习、 实验练习、实验自测等。通过系统，学生可以完全掌握实验目的、原理、实验操作流程、各部件的原 理及内部结构。由于虚拟模型与真实设备完全相同，通过虚拟演练后，学生进入真实实验室的时候， 可以更容易的掌握真实实验操作，虚实结合，以虚辅实。
对流给热系数测定实验仿真系统包括实验讲义、实验讲解、实验装置、实验操作、操作自测、数据处理 、记录回放七个部分。通过实验讲义部分，学生可以对实验进行整体把握，了解实验目的、实验原理、 实验流程、数据处理等，在实验讲义中，对重要的部件及操作过程进行了超链接，可以点击链接了解详情 ，学生的预习记录会上传到服务器；在实验讲解部分，学生可以通过观看实验操作过程的视频讲解了解整 个实验的操作过程；通过实验装置部分，学生可以了解实验设备上所有部件的名称、用途及原理，学生对 装置的学习记录可以上传到服务器；通过实验操作部分，学生可以进行整个操作过程的练习，并可观察到每 一操作步骤所对应的实验现象，学生的操作练习记录会上传到服务器；通过实验自测部分，学生可以对自己 的练习情况进行自测，自测过程可上传到服务器，供任课教师查看；通过数据处理部分，学生可以了解实验 需要记录哪些数据，如何对数据进行处理并生成实验报告；通过记录回放部分，学生可以查看到自己的自测记录的回放。
