实验一 换热器性能实验

实验一 换热器性能实验

1、 水-水换热器性能实验

一、实验目的

通过本实验加深学生对水－水换热器的认识，了解对该类型的换热器的测试方法。

二、实验的主要内容

本实验通过测量数据：1）冷、热流体的体积流量；2）冷、热流体的进、出口温度；3）冷、热流体的进出口压力降。计算传热系数，分析水-水换热器的传热性能。

三、实验设备和工具

冷水机组，冷却塔，水-水换热器，涡轮流量计，水泵，冷媒泵，恒温器，温度传感器，压力传感器。

四、实验原理

右图表示通过平壁的传热方式，平壁左侧的高温流体经平壁把热量传递给平壁右侧的低温流体。

一般来说，传热过程中传递的热量正比于冷、热流体的温差及传热面积，它们之间的关系可用传热方程式表示：

Q K F t =⋅⋅∆ W

式中 Q ——单位时间通过平壁的传热量，W ；

F ——传热面积，2

m ；

t ∆——冷、热流体间的温差，℃；

K ——传热系数，2(W m ⋅℃)

当F=12

m ,t ∆=1℃时，Q=K, 表明传热系数在数值上等于温差为1℃，面积为12

m 时的传热率。传热系数是热交换设备的一个重要指标，传热系数愈大，传热过程愈激烈。

本实验原理图如图所示：

五、实验方法和步骤

1、实验方法

在实验开始前，应检查设备、管线及测量仪表的可靠性。

开始运行后，应及时排净设备内的气体，使设备在完全充满实验流体的条件下运行并调节至试验工况（或指定工况），即需要调节换热器两侧流体的进口温度稳定在设定值附近，这两个参数允许的偏差范围按如下规定：

实验中，冷侧流体进口温度通过恒温器2电加热器控制，热侧流体进口温度通过恒温器1电加热器控制。

在每个测定工况（或指定工况）下，均应稳定运行30min 后，方可测定数据。 在每个测定工况（或指定工况）下，热平衡的相对误差均不得大于5%。 热侧流体换热量为：

111113

1()Q Cp G t t ρ=⋅⋅⋅- 式中，1Q ——换热器热侧换热量（kW ）；

1Cp ——热侧流体的比热容 （()kJ kg K ⋅）

； 1G ——由涡轮流量计1测得的热侧流体体积流量（3m s ）； 1ρ——热侧流体密度（3/kg m ）； 13T ——热侧流体进口温度（℃）； 14T ——热侧流体出口温度（℃）

。 其中计算某一温度t 时冷却水比热容1Cp 和密度1ρ公式如下:

2

1 4.206

0.00130591

0.00001378982

C p t t =-- 2311000.830.083883760.0037279550.000003664106t t t ρ=--+

冷侧流体换热量为：

222212

1()Q Cp G t t ρ=⋅⋅⋅- 式中，2Q ——换热器冷侧换热量（kW ）；

2Cp ——冷侧流体的比热容 （()kJ kg K ⋅）

； 2G ——由涡轮流量计2测得的冷侧流体体积流量（3m s ）； 2ρ——冷侧流体密度（3/kg m ）； 11T ——冷侧流体进口温度（℃）； 12T ——冷侧流体出口温度（℃）

。 其中计算某一温度t 时载冷剂（质量浓度为35%的乙二醇溶液）比热容2Cp 和密度2ρ公式

如下:

2 4.0917

60.00106375C p t

=+ 221001.440.194910.00243

t t ρ=--

取两者平均值作为换热器的换热量Q ：

12

2

Q Q Q +=

传热温差采用对数传热温差：

1411131214111312

()()

ln

t t t t t t t t t ---∆=

--

则该换热器的换热系数为： Q

K t F

=

∆⋅ 式中，F 为换热器的换热面积。本试验台中换热器换热面积为0.42

m 。

2 实验步骤

1． 仔细阅读本实验指导书，对本实验的方法和原理做到充分了解。 2．熟悉本实验系统流程，开闭相应阀门（各阀门编号见系统总图），使实验装置处于水-水换热器实验运行流程。本实验需要冷水机组提供冷水，故仍需使用制冷系统。阀门具体操作如下：

a) 制冷剂环路：打开阀门C ，以使用热力膨胀阀（阀门E ），确保阀门D 处于关

闭状态。阀门A 、G 均已调至合适状态，无需再调。

b) 冷却水环路：打开阀门2、7、11、10、14、12、1 、3 、6； c) 载冷剂环路：打开阀门16、18。 其余阀门（红色标签的）应都处于关闭状态。

3．确保双元件铂电阻T1放在换热器冷侧进口T11（取代铂电阻T11），以控制冷侧流体进口温度。

4． 接通多功能试验台电源，将控制台上选择开关切换至“换热器”档。首先，打开冷却塔水泵电源，使冷却水环路运行。其次，对控制台进行开关操作，依次启动冷媒泵、被测压缩机、恒温器（１）、恒温器（２）。检查压缩机是否正常运转，若压缩机并未启动，按下装置现场压缩机旁电器柜的复位按钮。

注: 试验台上绿色按钮表示启动状态。被测压缩机只有在冷媒泵启动后才能开启。

5．在系统设置界面设置实验设定参数；

6．通过阀门2调节热侧流体流量，改变热侧流体进出口温差（最好大于5℃）；通过阀门16调节冷侧流体流量，改变冷侧流体进出口温差（最好大于5℃）；

7．切换到换热器实验控制量过程线界面，观察换热器冷、热侧流体进口温度变化曲线； 8．待系统稳定运行在设定工况附近后，开始记录实验数据；

9．实验数据记录完毕后，选择打印控制量过程线，查看工况稳定程度，并打印报表。

六、实验报告主要内容及要求

1.记录实验数据；

2.打印控制量过程线；

3.分析实验数据，撰写实验报告。