气气列管换热器实验指导书

气气列管换热器实验指

导书

Revised at 2 pm on December 25, 2020.

气－气列管换热

实验指导书

气－气列管换热实验

一、 实验目的

1．测定列管式换热器的总传热系数。 2．考察流体流速对总传热系数的影响。 3．比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。

二、基本原理

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 （4－1）

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，℃；

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 -----=

∆ （4－2）

列管换热器的换热面积可由式（4—3）算得， dL n A π⋅= （4—3）

其中，d 为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，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 ∆=

（4—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 （4—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、 实验装置与流程

本装置采用冷空气与热空气体系进行对流换热。热流体由风机1吸入经流量计V1计量后，进入加热管预热，温度测定后进入列管换热器管内，出口也经温度测定后直接排出。冷流体由风机2吸入经流量计V2计量后，由温度计测定其进口温度，并由闸阀选择逆流或并流传热形式。即：上图冷风左侧进口阀打开即为逆着热风的流向，相应的也应打开对角处的逆流出口阀，这就是逆流换热的流程；类似的，将冷风右侧进口阀打开即为并着热风的流向，打开对角的冷流体并流出口阀，这就是并流换热的流程。冷热流体的流量可由各自风机的旁路阀调节。

四、操作步骤

1.打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操

作。

2.打开热流体风机的出口旁路，启动热流体风机，再调节旁路阀门到适合

的实验流量。（一般取热流体流量60~80 m3/h，整个实验过程中保持恒

定。）

3.开启加热开关，调节旋钮，使加热电压到一恒定值。（例如在室温20℃

左右，热流体风量70 m3/h ，一般调加热电压150V，经约30min后，热

流体进口温度可恒定在82℃左右。）

4.待热流体在恒定流量下的进口温度相对不变后，可先打开冷流体风机的

出口旁路，启动冷流体风机。

5.若选择逆流换热过程，则将控制面板上温度切换显示开关调至逆流状

态，打开冷流体进出管路上对应逆流流程的两个阀门。

6.然后以冷流体流量作为实验的主变量，调节风机旁路，从20~80 m3/h流

量范围内，选取5到6个点作为工作点进行实验数据的测定。

7.待某一流量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后，可

认为换热过程基本平衡了，抄录冷热流体的流量和温度，即完成逆流换

热下一组数据的测定。之后，改变一个冷流体的风量，再待换热平衡抄

录又一组实验数据。

8.同理，可进行冷热流体的并流换热实验。注意：热流体流量在整个实验

过程中最好保持不变，冷流体每次的进口温度会随风机发热情况不同，

但在一次换热过程中，必须待热流体进出口温度相对恒定后方可认为换

热过程平衡。

9.实验结束，应先关闭加热器，待各温度显示至室温左右，再关闭风机和

其他电源。

五、实验报告

1.逆流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K（逆）。

2.并流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K（并）。