空气加热器性能实验

空气加热器性能实验
空气加热器的类型很多，通风工程中较常用的有串片式、绕片式、轧片式等。

其热媒可用蒸汽或热水。

在设计空气加热器的结构时，应满足热工、流体阻力、安装使用、工艺和经济等方面的要求。

最主要的是在一定的外形尺寸和金属耗量下，其空气加热器的放热量最大和空气通过的阻力最小。

经过研究结果表明，空气加热器的传热系数及空气阻力与下列几种因素有关：
1．空气加热器有效断面上的空气平均速度v(m/s)；
2．空气密度ρ(kg／m3)；
3．空气通过的管于排数及其管径；
4．管内热水的流速ω(m/s)。

这些影响因素从理论上来确定是很复杂的。

一般都是采用实验方法来确定其性能。

本实验讲述空气加热器的性能测定。

一、实验原理
空气加热器的传热系数及空气阻力，可由下列关系式表示：
热媒为热水时：
（1）式中：A、B——经验系数，与空气加热器的结构有关；
υ——空气加热器有效断面上的空气流速(m／s)；
ρ——空气密度(kg／m3)；
ω——加热器管束内热水的流速(m/s)；
m〃n〃p——经验指数，与空气加热器的结构有关；
若热媒为蒸汽时，蒸汽在空气加热器管束中的流速对传热影响很小，可不予考虑，则其关系式为：
（2）
二、实验目的
本实验的目的就是为研究上述式中K、H与v、p的函数关系，确定各经验系数A、B、m、n等数值。

三、实验装置及实验方法
空气在风机作用下，流人风管，经空气加热器加热后排出。

风量用毕托管及微压计测量，还可利用孔板流量计测量，公式为G=0．074√ΔPρkg／s，ΔP由孔板前后压力差(mm水柱)，ρ空气密度(Az／m3)。

调节风机前的阀门，即可控制系统的进风量。

空气被加热前后的温度，由玻璃温度计测得，在空气加热器前后各设一个测点。

通过空气力口热器的空气阻力可用微压计测量。

空气加热器的热媒为低压蒸汽，由蒸汽发生器流出后，经汽水分离器，、蒸汽过热器后进入空气加热器。

与空气进行冷凝换热后流出，再经冷却器回到冷凝水箱，由泵打入蒸汽发生器。

冷凝水量即进入空气加热器的蒸汽量，由重量法测得，可采用烧杯定时接取冷凝水量，然后用天平称重。

蒸汽进出口参数由温度计确定。

实验系统安装的空气加热器型式为：钢管绕铝片。

其结构尺寸：
散热面积：F= （参看实验设备铭牌）
流通截面积：f= （参看实验设备铭牌）
传热基本计算公式为:
（3）
式中：Q
1
——空气加热器的散热量(KW)；
Q
2
——蒸汽传给空气的热量(KW)；
Q
3
——空气通过加热器后得到的热量(KW)；
F——空气加热器的散热面积(m2)；
Tq——入口蒸汽温度(℃)；
t
1\t
2
——空气的初温和终温(℃)；
G
z
——蒸汽量(kg／s)；
G
k
——空气量(kg／s)；
i''——人口蒸汽热焓值(kj／kg)；
i'——出口冷凝水热焓值(kj／kg)；
Cp——空气定压比热，Cp=1．01(kj／kg〃℃)。

图1 实验装置原理图
在稳定传热状态下：Q1=Q2=Q3
实验时求出蒸汽耗热量Q
2与空气的得热量Q3，并要求其相对误差：(Q
2
-Q
3
)/Q
2
× 100％<5％。

空气加热器的散热量：Q
1=(Q
2
＋Q
3
)/2
将Q
1
带入上面方程3即可得出空气加热器的传热系数K,空气通过空气加热器的阻力H,可由测量空气加热器前后的静压差直接得出。

空气通过空气加热器的质量流速按下式计算：
（4）实验过程中应在不同风量下，即在不同的质量流量下进行测定，一般取4-6个实验工况，每次测定均应在系统运行稳定后进行，每个工况测4次，间隔时间为5分钟。

四、实验步骤
1．实验之前，先熟悉实验装置的流程、测试步骤，实验中所要调试的部件，并准备好测试仪表。

2．给电加热锅炉加水，使水位达到玻璃管水位计的上部。

(注意：水位不得低于水位计管的1／3处，以免烧毁电加热管。

若水位不够，可给锅炉补水。

步骤为：启动水泵电源开关，打开锅炉下部的进水球阀向其补水，水位达到接近水位管的上部时，关闭阀门，切断水泵电源。

3．将电加热锅炉上面的蒸汽出口阀关闭。

接通电加热器总电源，依次合上锅炉电加热器的开关，并将可调加热器旋至200V左右的位置进行加热。

观察锅炉上压力表和温度计的值，使其达到所要求的温度。

注意：压力不得超过0．35MPa，否则应立即关掉电源。

4．当温度达到所要求的值时，打开蒸汽出口阀门。

同时打开冷却水阀门，并控制冷却水出口温度，应降至不烫手。

打开冷凝水箱上部的流量调节阀，由于锅炉的蒸发量一定，所以调节阀不宜开启过大，流量(蒸发量)<8kg/h。

5．排除凝结水位管内的空气，观察其水位，使水位稳定，以保持进入空气加热器的蒸汽量恒定。

6．调节蒸汽过热器的电压，使空气加热器人口处的蒸汽过热度为2-5℃，以保证蒸汽的质量。

7．待系统稳定后，实验测定方可进行，测量并记录所有实验参数，直至这—工况结束。

改变工况，并检查锅炉水位，进行下一工况。

至少要进行4个工况。

8，所有实验工况测定结束后，关闭锅炉及过热器的加热开关。

风机继续运行5分钟后关闭。

最后关闭总电源。

五、实验结果处理与分析
首先计算各测定工况的Q、K值，然后进行数据处理，得出有关公式中的常数。

将：K＝A（υρ）n及H＝B（υρ）m等式两边分别取对数得：
lgK= lgA＋nlg（υρ）
lgH= lgB＋mlg（υρ）
按实验顺序列出各方程式求解A、B、m、n等值。

例：由实验得出下列各数值，求各关系值。

ΣlgK＝3lgA＋nΣlg(υρ)
即上边 4.106＝3lgA＋n×2.849 （1）下边 4.347＝3lgA＋n×2.543 （2）（1）－（2）得：0.241＝n×0.694
则得：n＝0.347
把n值代入（1）式
得 4.106＝3 lgA＋0.347×2.849
lgA＝1.039
则 A＝10.94
故所求的方程式为
K＝10.94（υρ）0.347
同理求出 H＝B（υρ）m关系式。

最后根据实验结果加以分析。