换热器综合实验报告

实验四换热器综合实验报告

一、实验原理

换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用的均是间壁式换热器，热量通过

固体壁面由热流体传递给冷流体，包括：套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器。针对上述三种换热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡温度等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。

传热过程中传递的热量正比于冷、热流体间的温差及传热面积，即Q = KAΔT （1）

式中：A—传热面积，m2

（1）套管式换热器：0.45m2

（2）板式换热器：0.65m2

（3）管壳式换热器：1.05m2

电加热器：6kV

ΔT—冷热流体间的平均温差，℃

K—换热器的传热系数，W/(m·℃)

Q—冷热流体间单位时间交换的热量，W.冷热流体间的平均温差ΔT 常采用对数平均温差。对于工业上常用的顺流和逆流换热器，对数平均温差由下式计算

除了顺流和逆流按公式（2）计算平均温差以外，其他流动形式的对数平均温差，都可

以由假想的逆流工况对数平均温差乘上一个修正系数得到。修正系数的值可以由各种传热学书上或换热器手册上查得。

换热器实验的主要任务是测定传热系数K。实验时，由恒温热水箱中出来的热水经水泵

和转子流量计后进入实验换热器内管。在热水进出换热器处分别用热电阻测量水温。从换热 器内管出来的已被冷却的热水仍然回到热水箱中，经再加热供循环使用。冷却水由冷水箱经 水泵、转子流量计后进入换热器套管，在套管中被加热后的冷却水排向外界，一般不再循环 使用。套管外包有保温层，以尽量减少向外界的散热损失。冷却水进出口温度用热电阻测量。 通常希望冷热侧热平衡误差小于3%。

实验中待各项温度达到稳定工况时，测出冷、热流体进出口的温度和冷、热流体的流量， 就可以由下式计算通过换热面的总传热量

根据计算得到的传热量、对数平均温差及已知的换热面积，便可由公式（1）计算出传热系数K 。

换热器类型 方式

热进温度 热出温度 冷进温度 冷出温度 热流体流量 冷流体流量 板式

顺流 57.1 43.5 22.8 31.8 78 72 逆流 56.5 35.9 23.1 33.1 76 72 套管式

顺流

57.6 40.7 22.5 31.6 72 78 逆流 56.8 35.2 22.1 33 72 64 管壳式

顺流

57.1 40.5 22.5 31.3 76 72 逆流

57.2 41.1 22.6 32 74 65

计算传热系数K 和换热器效率

TA

Q

K ∆=

计算可得

热进热

出

冷

进

冷

出

热

流

体

流

量

冷

流

体

流

量

Tm Q1 Q2 K ŋ

板式顺

流

57.

10

43.

50

22.

80

31.

80

78.

00

72.

00

21.

01

1220.

35

749

.78

54.

90

0.6

1 逆

流

56.

50

35.

90

23.

10

33.

10

76.

00

72.

00

17.

57

1801.

07

833

.09

72.

95

0.4

6

套管式顺

流

57.

60

40.

70

22.

50

31.

60

72.

00

78.

00

19.

26

1399.

81

821

.29

94.

76

0.5

9 逆

流

56.

80

35.

20

22.

10

33.

00

72.

00

64.

00

17.

92

1789.

10

807

.17

100

.10

0.4

5

管壳式顺

流

57.

10

40.

50

22.

50

31.

30

76.

00

72.

00

19.

09

1451.

35

733

.12

36.

57

0.5

1 逆

流

57.

20

41.

10

22.

60

32.

00

74.

00

65.

00

21.

68

1370.

59

706

.97

31.

06

0.5

2

三、实验结果分析

由实验结论知，三种换热器在顺、逆流两种情况下热流体的散热量均大于冷流体的吸热量很多。这可能是由于热流体的一部分热量散发到了周围环境中而未完全传递给冷流体；另一方面，板式和套管式在逆流情况下的效率均大于顺流情况下的效率，符合理论；但管壳式的效率在顺、逆流两种情况下几乎相同，这可能是由于冷、热流体在进口处的温差就不大的缘故造成的。

四、思考题

1．实验中有哪些因素会影响操作的稳定性或实验结果的准确性？

a．冷流体进口温度的稳定性；

b．冷热流体管道的绝热性和密闭性；

c．冷热流体流量的稳定性；

2．三种换热器之间相比较，各具有哪些优缺点？

板式换热器：优点：结构简单，造价低廉；缺点：传热面积小，效率低。

套管式换热器：优点结构简单，加工方便，耐高温，传热系数高且能达到完全逆流提高平均温差；缺点：结构不紧凑，接头多而易漏，占地大。

管壳式换热器：单位体积设备提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固；缺点：内部封闭，不易拆装清理和维修。

3．若要强化换热器的传热，则从哪几个方面考虑？

a．增大平均温度Tm；

b．增大总传热系数K；

c．增大单位体积的传热面积A/V。