实验四 传热实验0

实验四传热实验

一实验内容

测定单壳程双管程列管式换热器的总传热系数

二实验目的

1 了解影响传热系数的工程因素和强化传热操作的工程途径。

2 学会传热过程的调节方法。

三实验基本原理

工业上大量存在的传热过程（指间壁式传热过程）都是由固体内部的导热及冷热流体与固体表面间的给热组合而成。传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。

热流密度q 是反应具体传热过程速率大小的特征量。对q 的计算需引入壁面温度，而在实际计算时，壁温往往是未知的。为实用方便，希望避开壁温，直接根据冷热流体的温度进行传热速率计算

在间壁式换热器中，热量序贯的由热流体传给壁面左侧、再由壁面左侧传导至壁面右侧、最后由壁面右侧传给冷流体。在定态条件下，忽略壁面内外面积的差异，则各环节的热流密度相等，即

q =Q A =T −T W 1

ɑh =T W −t w δɑh =t w −t 1ɑc ①

由①式可以得到

q =T −t

ɑh +δ+ɑc =推动力阻力②

由上式，串联过程的推动力和阻力具有加和性。上式在工程上常写为 Q=KA(T-t) ③

式中K=1

1

ɑh +δh +1ɑc ④ 式④为传热过程总热阻的倒数，称为传热系数，是换热器性能好坏的重要指标。比较①和④两式可知，给热系数α同流体与壁面的温差相联系，而传热系数K 则同冷热体的温差相联系。由于冷热流体的温差沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷热流体的温度呈线性关系，故将③式中（T-t ）的推动力用换热器两端温差的对数平均温差来表示，即

Q=KA Δt m ⑤

热量衡算方程式

Q=q mc C pc (t 2-t 1)=q mh C ph (T 1-T 2)⑥

KA Δt m = q mc C pc (t 2-t 1) ⑦

Δt m =(T 1−t 2)−(T 2−t 1)ln T 1−t 2T 2−t 1

⑧ K=qmc Cpc (t2−t1) A Δtm

⑨ 在换热器中，若热流体的流量q mh 或进口温度T 1发生变化，而要求出口温度T 2保持原来数值不变，可通过调节冷却介质流量来达到目的。但是这种调节作用不能单纯的从热量衡算的观点理解为冷流体流量大带走的热量多，流量小带走的热量少。根据传热基本方程式，可能来自Δt m 的变化，也可能来自K 的变化，而多数是由两者共同引起的。

如果ɑc ≫ɑh ，调节q mc ，k 基本不变，调节作用主要靠Δt m 的变化。如果ɑc ≪ɑh 或ɑc ≈ɑh ，调节q mc 将使q mc 和K 皆有较大变化，此时调节过程是两者共同的作用。

四实验设计

实验方案

实验物系：热流体选用热空气，冷流体选用自来水。

实验的主要设备为单壳程双管程列管式换热器，冷水走壳程，热空气走双管程。传热速率以冷流体的热量衡算为基准。

测测试点及检测方法

实验中要测定的原始数据有：冷水流量q mc，热空气流量q mh，冷水进出口温度t1t2，热空气进出口温度T1T2。

冷热流体流量由转子流量计测定

冷热流体温度由水银温度计测定

控制点及调节方法

需控制的变量有：冷热流体流量由转子流量计控制调节

实验装置及流程

五主要设备

单壳程双管程列管式换热器气体加热源气源转子流量计玻璃水银温度计

实验装置如图所示

1气源；2气量阀；3气体流量计；4进气温度计；5出气温度计；6进水温度计；7换热器；8出水温度计；9水流量计；10水调节阀；11调压器；12气体加热器

六实验流程及说明

由气源送来的空气经气体流量计计量后进入气体加热器，被加热的空气走双管程。来自自来水水管的冷水经水流量计计量后走单壳程与管程的热空气换热后，入下水道。热空气由出口排出，冷热流体温度由安装在进出口管路上的水银温

度计测量

操作要点

1 打开气体及液体转子流量计，分别将气体及液体转子流量剂打到测定所需流率；

2 打开电源开关，将电压表调至220伏，当热空气升至约90摄氏度时，用变压器将电压表调至150伏左右，减小加热量，使热空气进出口温度保持恒定。

3 预热后，用微分方式改变加热量大小，电压表电压在1~2伏变化，使热空气进出口温度保持恒定，约数分钟，冷水出口温度不变时，记下第一组数据，随后，按表中数据改变流量，每改变一次，必须使热空气进口温度和冷水出口温

度维持恒定，再读取数据。

4 实验结束后，先关闭调压器。

实验数据处理和结果讨论

1计算式Q=ρVCpΔt中，Cp依据定性温度t in=(t in+t out)/2查。

2 传热推动力Δt m错流=Δt m逆流*εΔt的校正因子按下式计算

εΔt=

R′∗ln1−P

1−R∗P

R−1∗ln2−P(R+1−R

′)

2−P(R+1+R′)

式中: R=T in−T out

t out−t in R’=R2+1 P=t out−t in

T in−t in 传热实验原始数据记录表

换热面积：0.4m2室温：24.4℃气源风压：1000mmH2O

传热实验原始数据整理表

七 计算实例

全部以第一组数据为例

R=T in −T out

t out −t in =98.0−42.724.9−22.2=20.5

R ’= R 2+1= 20.52+1=20.5

P=t out −t in

T in −t in =24.9−22.298.0−22.2=0.036

εt =R ′∗ln 1−P

1−R ∗P

R −1 ∗ln 2−P(R+1−R ′)2−P(R+1+R ′)=20.5∗ln 1−0.0361−20.5∗0.036 20.5−1 ∗ln 2−0.036(20.5+1−20.5)=0.984

Δt m =(T 1−t 2)−(T 2−t 1)

ln T 1−t 2

T 2−t 1=（98.0−24.9)−(42.7−22.2)ln 98.0−24.942.7−22.2=41.37

Q=q mc C pc (t 2-t 1)=60/3600*4.18*1000*（24.9-22.2）

=188