换热器综合实验

换热器综合实验

实验类型: 综合性实验

适用对象: 热动、集控、建环、制冷专业

一、实验目的

1、熟悉换热器性能的测试方法，了解影响换热器性能的因素。

2、掌握间壁式换热器传热系数的测定方法。

3、了解套管式换热器、板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别。

4、加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识。

5、熟悉流体流速、流量、压力、温度等参数的测量技术。

二、实验要求

1、以传热系数为纵坐标，冷（热）水流量为横坐标绘制换热器传热性能曲线。

2、对三种不同型式的换热器传热性能进行比较。

3、分析影响换热器性能的因素。

4、根据实验结果，计算冷热流体与管壁的表面传热对流换热热阻，管壁的导热热阻，比较在传热过程中各个热阻所占的比例。

三、实验原理

换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用到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。实验原理如图1所示。

图1 换热器综合实验台原理图

1.冷水泵

2.冷水箱

3.冷水浮子流量计

4.冷水顺逆流换向阀门组

5.列管式换热器

6.套

管式换热器7.电加热水箱8.热水浮子流量计9.回水箱10.热水泵11.板式换热器

通过测量冷热流体的流量，进出口温度，可以由式（1）~（3）计算换热器的换热量，由式（5）计算换热器的温差，因此可以计算出换热器的传热系数（6），换热器的传热系数综合反映了传热过程的难易程度，表示单位传热温差传热面积下传热过程所传递的热量。另外结合换热器的结构数据，由式（7）~（8）计算冷热流体与管壁的表面传热对流换热系数，进而比较三个环节的热阻相对大小。

热流体放热量 )(11111"-'=t t m c φ (1)

冷流体吸热量

)(22222'-"=t t m c φ (2)

平均换热量

2

2

1φφφ+=

(3)

热平衡误差

%1002

1⨯-=

∆φ

φφ (4) 换热器温差

min

max min

max ln

t t t t t m ∆∆∆-∆=

∆ (5)

传热系数

m

t A k ∆=

φ

(6)

内部流动对流换热 4.08.0Pr Re 023.0=Nu (7) 外部流动对流换热

m n C Nu Pr Re = (8)

其中C 、n 、m 值可以查课本。 四、实验所需仪器、设备、材料

本实验主要对应用较广的三种换热器进行实验：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器。实验装置如图2所示。

采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验。换热形式为热水—冷水换热式。实验中所需的仪器设备如下：

1、换热器几何尺寸 （1）套管式换热器 换热面积0.22 m 2

外管：外径25mm ，壁厚2mm 铜管, 中间管外径12mm ，壁厚1mm 铜管，长80㎝，8组并

列

（2）板式换热器

换热面积0.40 m 2

（3）列管式换热器

换热面积0.51 m 2

外壳外径110mm ，壁厚2mm 不锈钢，中间管子外径16mm ，壁厚1mm 不锈钢管, 长84㎝,2条(4根管两次折流，即3个管程)

2、电加热总功率 9.0 kW

3、冷、热水泵 允许工作温度：<80 ℃ 额定流量：3 m 3/h 扬程：12 m

电机电压：220 V 电机功率：370 W 4、转子流量计型号 型号：LZB-15 流量：40~400 l/h 允许温度范围：0~120 ℃

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图2 实验装置简图

1.热水流量调节阀

2.热水板式、套管、列管启闭阀门组

3.冷水流量计

4.换热器进口压力表

5.数显温度计

6.琴键转换开关

7.电压表

8.电流表

9. 冷水出口压力表 10. 开关组11. 冷水板式、套管、列管启闭阀门组 12.顺逆流转换阀门组 13.冷水流量调节阀

五、实验预习要求、实验条件、方法及步骤

实验预习要求：

1、温度计压力表的读数与精度

2、系统充水量与水泵运行的注意事项

3、实验的数据预期与读取

4、各种形式换热器的主要特征及优缺点

5、传热过程各个热阻相对大小及影响因素 实验条件：

（1）熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能； （2）打开所要实验的换热器阀门，关闭其它阀门； （3）按顺流（或逆流）方式调整冷水换向阀门的开或关；

（4）向冷—热水箱充水，禁止水泵无水运行(热水泵启动，加热才能供电)。 实验方法与步骤：

（1）接通电源，启动热水泵（为了提高热水温升速度，可先不启动冷水泵），并调整好合适的流量；

（2）调整温控仪，使其能使加热水温控制在80℃以下的某一指定温度；

（3）将加热器开关分别打开（热水泵开关与加热开关已进行连锁，热水泵启动，加热才能供电）；

（4）利用数显温度计和温度测点选择琴键开关按钮，观测和检查换热器冷—热流体的进出口温度。待冷—热流体的温度基本稳定后，既可测出相应测温点的温度数值，同时可以读出转子流量计冷—热流体的流量读数，把这些测试结果记录到实验数据记录表中；

（5）如需要改变流动方向（顺，逆流）的实验，或需要绘制换热器传热性能曲线而要求改变工况（如需要改变冷热水流速或流量）进行试验，或需要重复进行试验时，都要重新安排实验，并记录下实验测试数据；

（6）实验结束后，首先关闭电加热器开关，5分钟后切断全部电源。

六、实验数据处理

1. 数据计算

热流体放热量：()21111T T c m Q p -= 冷流体吸热量：()12222t t c m Q p -= 平均换热量：2

2

1Q Q Q +=

热平衡误差：%1002

1⨯-=

∆Q

Q Q 对数平均温差：min

max min

max t t Ln

t t t m ∆∆∆-∆=

∆

传热系数：m

t A Q

k ∆=

式中： 1m ，2m −− 热、冷流体的质量流量；

1p c ，2p c −− 热、冷流体的定压比热； 1T ，2T −− 热流体的进、出口温度；

1t ，2t −− 冷流体的进、出口温度；

A −− 换热面积；

max t ∆，min t ∆−− 进出口温度端差的最大值和最小值。

注：冷热流体的质量流量1m ，2m 是根据修正后的流量计体积流量折算成的质量流量。