工程热力学论文

大连理工大学

换热器性能实验；

CO2的临界状态观测P-V-T关系；

学院（系）：化工与环境生命学部

专业：过程装备与控制工程

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学号：2 0 1 4 4 5 0 8 7

完成日期：2 0 1 6 . 05 .3 0

摘要

一、换热器为冷热流体进行热量交换的设备。

二、本实验主要包括四个目的：

（1）探究换热器的换热性能。

（2）测定换热器流体传热系数。

（3）测定换热器管程壳程压力降。

（4）根据数据分析CO2的P-V-T关系，并绘制P-V关系图。

三、方法原理：

（1）换热器工作时，冷、热流体分别处于换热管管壁两侧，热流体把热量通过管壁传给冷流体，形成热量交换。通过计算热流体放出的能量与冷流体获得的能量，可以计算出损失的能量。（2）可以用公式表示出换热器的传热速率Q，因而可计算出在实验条件下的总传热系数k。

（3）流体流经换热器时会出现压力损失，通过测量管程流体的进口压力与出口压力，可得到流体流经换热器管程的总压力损失，同理也可以得到流体流经换热器壳程的总压力损失。

四、关键词：

热交换；传热速率；传热驱动力；总传热系数；总压力损失

正文

实验一：换热器性能实验

（1）换热器温差传热探究

①实验原理：

换热器工作时，冷、热流体分别处在换热管管壁的两侧，热流体把热量通过管壁传给冷流体，形成热交换。若换热器

没有保温存在热量损失时，则热流体放出的热量大于冷流体

获得的热量。

热流体放出的热量为：Q t=m t c pt（T1-T2）

冷流体获得的热量为：Qs=m s c ps（t2-t1）

损失的热量为：ΔQ=Q t-Q s

冷、热流体间的温差是传热的驱动力，对于逆流传热，平均

温差为：Δtm=（tr1+tL2）/2-(tr2+tL1)/2 [℃]

本实验着重考察传热速率Q和传热驱动力之间的关系。

②实验内容：

在换热器冷流体温度、流量和热流体流量恒定的工况下，依次改变热流体的温度，分别测量各工况下换热器的管程和

壳程进、出口温度及管、壳程的流量，计算热流体放出的热

量和冷流体获得的热量以及热量的损失。

③实验装置及流程：

(2)流体传热系数测定实验：

①实验原理：

换热器的传热速率Q可以表示为：Q=K AΔt m

对于逆流传热，平均温差为：Δtm=（tr1+tL2）/2-

(tr2+tL1)/2 [℃]

式中：Δt1=T1-t2Δt2=T2-t1

由上式得K= K＝QL/(fL·△t)

可由热流体放出的热量或冷流体获得的热量进行计算，

即：

Q t=m t c pt（T1-T2）

Q s=m s c ps（t2-t1）

根据上两式就可以测定在实验条件下的总传热系数K。由于测温点与换热器进出口存在一定距离，所测得的温度值并不是换热器进、出口处流体的实际温度。

②实验内容：

在换热器流体温度、流量和冷流体温度恒定的工况下，依次改变冷流体的流量，分别测量各工况下换热器的管程、壳程进、出口温度及管、壳程的流量，计算换热器的换热系数K。

④实验装置及流程：

（3）换热器管程壳程压力降测定：

①实验原理：

流体流经换热器时会出现压力损失，它包括流体在换热器内部的压力损失和流体在换热器进出口局部的压力损失。通过测量管程流体的进口压力P t1、出口压力P t2，便可得到流体流经换热器管程的总压力损失ΔP t=P t1-P t2；通过测量壳程流体的进口压力P S1，出口压力P S2，便可得到流体流经换热器壳程的总压力损失ΔP S=P S2-P S1

②实验内容：

分别在冷流体走管程（或走壳程）时，依次改变流体流量，

在不同流量下，测量换热器管程（或壳程）的进、出口压力，计算流经换热器管程（或壳程）的总压力损失。

③实验装置及流程：

(4)数据记录和整理：

冷流体走换热器管程，改变流量，测量管程流体的进出口压力P t1和P t2，计算压力损失ΔP t=P t1-P t2，切换管路，使冷流体

改走换热器壳程，改变流量，测量壳程流体的进出口压力P S1、P S2，计算压力损失ΔP S=P S1-P S2，将测量和计算出的结果填入数据表。

实验数据与数据分析

K＝QL/(fL·△t)

QL＝ρL vL·FL·CPL(TL2－TL1) [W]

△t=（tr1+tL2）/2-(tr2+tL1)/2 [℃]；

fL――冷段传热面积[m2]（翅片管长280mm 钢管直径21mm 翅片直径40mm 翅片个数104个）

fL={280*3.14*(21/2)^2+104*3.14*(40/2)^2-

3.14*(21/2)^2}/1000000

=0.1915[m2]

ρL，ρr――冷、热段出口空气密度 [Kg/m3]约为1.29m^3/kg

数据分析：通过上图可以看出放出热量Q t 随着平均温度的升高而升高，呈现线性关系。由数据可以看出第三组数据可能由于仪器故障而导致读数有误，所以我认为热损失ΔQ应该不会随着平均温差Δt m的变化而变化，应该保持为一恒定值。

实验二：CO2的临界状态观测P-V-T关系

实验装置由压力台、恒温器、试验本体、及其防护罩三大部分组成。

1－高压容器；2－玻璃杯；3－压力油；4－水银；5－密封填料；6－填料压盖；7－恒温水套；8－承压玻璃管；9－CO2空间；1 0－温度计

实验目的

1. 测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标图中绘出低于临界温度(t=20℃)、临界温度(t=31.1℃)和高于临界温度(t=40℃)的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析差异原因。

2. 测定CO2在低于临界温度时，饱和温度与饱和压力之间的对应关系。

3. 观测临界状态