列管式换热器传热系数的测定实验报告

CB-4列管式换热实验报告
一、实验目的
1. 测定列管换热器的总传热系数。

2. 考察流体流速对总换热系数的影响。

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(4－1)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
()()m
p p t KA t t c m T T c m Q ∆=-=-=12222111 （1-1）
式中：Q － 传热量，J / s ；
m 1 － 热流体的质量流率，kg / s ； c p 1 － 热流体的比热，J / (kg ∙℃)； T 1 － 热流体的进口温度，℃； T 2 － 热流体的出口温度，℃； m 2 － 冷流体的质量流率，kg / s ； c p 2 － 冷流体的比热，J / (kg ∙℃)； t 1 － 冷流体的进口温度，℃； t 2 － 冷流体的出口温度，℃；
K － 以传热面积A 为基准的总给热系数，W / (m 2 ∙℃)； m t ∆－ 冷热流体的对数平均温差，℃；
T
t
图4－1间壁式传热过程示意图
热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—2）计算，
()()1
2211221ln t T t T t T t T t m -----=
∆ （1-2）
列管换热器的换热面积可由式（1—3）算得，
dL n A π⋅= （1-3）
其中，d 为列管直径（因本实验为冷热流体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d 取列管内径），L 为列管长度，n 为列管根数，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给热系数，
m
t A Q
K ∆=
（1-4） 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
)(12222t t C V Q p -=ρ （1-5）
则冷流体质量流量m 2已经转换为密度和体积等可测算的量，其中2V 为冷流体的进口体积流量，所以2ρ也应取冷流体的进口密度，即需更具冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。

除查表外，对于在0～100℃之间，空气的各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：52310 4.510 1.2916t t ρ--=-⨯+ （2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下p C ＝1005 J / (kg ∙℃),
70℃以上p C ＝1009 J / (kg ∙℃)。

三、实验装置简介
（1）流程简介
本实验装置采用冷水与热空气体系进行对流换热，热流体由风机经玻璃转子流量计进入电加热器预热后进入列管换热器内，冷流体由玻璃转子流量计计量后进入列管换热器，并由Q101-Q104选择流传热形式。

冷热流体的进出口温度都用高精度热电阻进行全程测量，以保证实验的准确性。

(2)实验设备与参数
1. 列管式换热器:换热紫铜管内径8mm ，长度1000mm
2. 电加热器总功率： 9Kw 3、风机
允许工作温度：≤80℃ 最大流量：50m ³/h 电机电压：380V
电机功率：0.55Kw
4.换热器外形尺寸:1000*235mm,容积40L,内装三块挡板,流体以波浪形流动。

CB-4列管换热流程图
四、实验步骤
（1）检查仪表、风机、测温点是否正常，打开总电源开关,关闭设备所有阀门。

（2）全开J101、Q101、Q104至列管换热器中充满水，待水进出口温度相同后，调节J101的开度到实验所需流量，根据测试要求，由大到小调节水流量手动调节阀J101的开度，选择合适的水流量。

（3）启动风机，全开J102，按下预热器开关，在“空气进口温控”控制仪表上设置进入列管换热器的空气温度，空气温度一般不超过120℃（整个实验过程中保持恒定），温度设定必须在老师的监督下完成，以防止温度设置错误导致实验事故发生，合理确定6~10个实验点，待稳定后从控制面板上读取实验所需数据并记录在实验表格上。

（4）实验结束，关闭冷却水阀门，先关闭预热器，后关闭风机（防止电加热管烧坏），关闭总电开关，放尽实验系统中的水。

注意事项.
1.实验过程中，由于实验室水压不恒定，需时刻注意水转子流量计读书，如果误差太大，需认为调整至指定流量。

2.实验开始时必须先开风机，后加热，实验结束时，必须先关加热，后关风机，以防止加热管烧坏。

五、实验数据记录及处理
数据计算：。