热质交换原理课程实验指导书

基准பைடு நூலகம்温度
±0.1℃
压力
±2%
6.正式测定
水系统，空气调节系统各参数均达到稳态条件，即可进行有关参数的正式测定。在测试过程中，系统应保持稳态条件。
在标准流量不变的情况下，测量散热器在该供水温度下以每次不超过10分钟的等时间间隔内连续进行测定，要同时记录散热器进出口水温，小室内参考点空气温度和流经散热器的水流量，测定总时间不得小于1小时。具体操作：将换向器的一头拨到电子秤一侧，让水流进量筒内，与此同时用秒表记录时间，请注意，两者须同时进行。如果同步进行有困难，应在电子秤显示器上记取初读数，计算流量时再减掉初读数。每隔5分钟记录一次电子秤读数，将读数乘以仪器常数可得到水的质量，再按测定时间换算成小时流量。
在测试中,当自变量 取某个 时,则得到 为 ,应有回归值：
回归值与实测值之间的误差为 。
当有n个测点时,误差平方之和为 。
选取 最小的那条曲线为上述回归方程,于是对δ求极小值,得
；
由上式求得B，a进而得到A后，即得出实验公式
计算结果记于表4。
表4计算结果
测定次数
备注
∑值
（七）问题讨论
1)本实验的目的和原理是什么？
实验用仪器包括：倾斜式微压计、喷嘴流量计、铂电阻温度计、涡轮流量计、空盒气压表等。
四、实验方法
1)改变可控硅调速装置的输出电压,调整风机转速,以改变系统风量。
2)用电接点水银温度计控制空气的初始状态温度。
3)喷淋冷冻水用阀门调整喷水压力以改变喷水量。
4)系统运行稳定后,测定空气及水的初、终状态温度、空气量、水量等。
2)散热器散热热量与哪些因素有关?本次实验限定了哪些影响因素?
3)若想再求得传热系数及金属热强度,还需测量哪些数据?
4)所测散热器的散热量和实验标准流量是多少?你认为散热器的热工性能如何?
5）实验数据处理与结果分析
附图：
实验二：空气的热湿交换设备(喷水室)性能测定
在空调工程中,为了实现空气的热湿处理过程,需要使用不同的热湿交换设备。热湿交换设备按工作特点可分为直接接触式和表面式两大类。在直接接触式
②启动冷却水泵、冷冻水泵及冷水机组。可视实验的具体要求决定冷水机组是否运行。
③启动风机,用可控硅调速装置调整,得到实验所需风量。
④启动喷水泵和冷冻水泵。
⑤将电加热器投入运行,需注意的是,在风机未启动前,不得启动电加热器。电加湿器是否运行可视实验要求而定；此步骤据实验条件决定电加热、加湿器是否运行。
4)实验系统运行稳定后,每隔5～10min记录一次各项数据,共记录6次,取其平均值。
4.确定标准流量
当水温接近设定温度值时，观察散热器进出口水温及小室参考点空气温度。用流量计前调节阀仔细流量，并用电子秤称量。同时核算△t值，看是否接近64．5℃。这一过程要反复进行，直到进口水温稳定到设定值，出口水温稳定在70℃左右，△t接近64.5℃，此时的流量就是标准流量的近似值。
5.检查测试条件的稳定
3.系统启动及运行参数的设置
（1）热水系统
打开流量计前的阀门，启动热水循环水泵，使系统热水循环，初步调节水流量。接通水系统电加热器，开始加热。将其中的调节温度表盘调节所需的加热温度，其温度应根据不同的散热器来设置加热温度95℃。
（2）测试小室夹层空气调节系统
向冷冻水箱中放入适量的自来水，依次打开冷冻循环水泵、新风机组、制冷机组。设定小室内空气温度为16℃，送风口温度定为17℃或调整进、出风口温差为1℃。
5)对测定结果进行热工计算与评价。
五、实验步骤
1)了解实验装置中空气系统、水系统、测量系统等各部分的组成情况,熟悉主要数据的控制、调整和测定方法。
2)将有关仪器接入各自的测量部位,把控制电加热器的电接点水银温度计调到实验要求的温度。
3)备部分投入运行的顺序是:
①打开水箱供水阀门，将水箱中加入适量的水。
为了使测得的散热器热工性能具有横向的可比性，对散热器的热工性能测定方法制定了国际标准，我国也制定了相应的国家标准，标准对测试方法及数据整理等均有明确而又严格的规定（详见《采暖散热器散热量测定方法》——GB/T13754-92）。
《采用密闭小室测试采暖散热器热工性能》的国家标准规定：测试小室应完全密闭，经特殊冷却且不受室外气象因素干扰。小室内参考点的空气温度维持在17～19℃之间的某一温度值上，允许波动范围为±0．1℃，测试中小室的单位体积散热量应小于87W/m3。被测散热器的散热量不得小于500W。片式散热器应组装成10片一组，串片散热器长度应为1.000m，若无特殊要求，散热器应明装，无任何遮挡且平行于小室内某一面墙，安装在墙的中心线处，与后面墙壁的净距离为0.05±0.005m，距离地面为0.10～0.12m。热媒为低温水时，供水方式应为同侧上进下出式，热水流量应是标准流量，即在散热器内热水平均温度 =82．5℃,散热器出口水温降，对辐射器△t=25±1℃，对流器△t=12～13℃，散热器进出口水温平均值 与小室内参考点空气温度 的差值为64．5±1℃时的热水流量。进出口水温波动范围为±2℃,实验中要求改变供水温度时要保持标准流量的波动范围为±2%。在稳态条件下，至少连续测定三个工况，由于工况不同，供水温度不同，散热器内水的平均温度也不同，其散热量也不同，求得这些工况下的散热量后，用最小二乘法整理出 曲线。
实验使用仪器包括：铂电阻温度计、数字电子秤、水桶、电子秒表、盒式气压计、干湿球温度计、控制系统模块、计算机等。
（四）实验方法
影响散热器散热量的因素有很多，如散热器的材料、结构、几何图形，制造加工质量，表面涂料材料；如安装位置，遮挡情况，房间壁面材料及温度，周围空气温度及流动情况；如热媒种类与参数，热媒的流动及流经散热器的途径等。
（六）数据处理原始数据记于表1～2。
表1 散热器测试台各测点温度数据记录 单位：℃
测试时间
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T10
T11
T12
平均值
偏 差
测试时间
T13
T14
T15
T16
T17
T18
T19
T20
T21
T22
T23
T24
平均值
偏 差
表2 原始数据
测定时间
进口水温
/℃
出口水温
/℃
水流量
选用散热器除有制造、安装、卫生、美观、经济指标等要求外，其热工性能优劣是最为重要的，经验表明，影响热工性能的因素有很多，这样会使研究变得十分复杂，以至于无法用一个解析式来定量的给予表达。实际上，散热器的热工性能一般是由实验来确定的。
（一）实验目的
通过本实验了解并掌握散热器散热量的测定原理及方法；了解并验证热媒为低温热水时（供热温度低于100℃），下述的关系式
2.系统充水、检漏、保温
由于实验设备设计要求，在做实验前一天要先预热压缩机。做实验时高位水箱的水是由容积式热水锅炉供给，即打开进水阀门向热水锅炉中加入适量的自来水，启动锅炉的电源加热锅炉中的水，当达到95℃左右时，启动热水泵向高位水箱加水，经过多次向高位水箱加水，放入适量的热水到低位水箱中后，关闭锅炉及其热水泵。检查系统个连接点，确认无渗漏后可进行管道的保温。
图1 喷淋室性能测试系统图
1)空气动力部分:它为离心式通风机。它由直流电机驱动,用可控硅调速装置调速即可得到实验所需的风量。
2)空气预处理部分:由电加热器和电加湿器组成。该部分可将送入喷水室的空气状态参数处理到实验所要求的参数。
3)喷水室:由外壳、喷嘴、挡水板、水池等组成。
4)水系统:由冷水机组、冷却塔、水泵、水箱等组成。
散热量
若测定三种不同工况时，公式 的计算与整理采用下述最小二乘法的方式，即：
的分析式的形式为 ,为了取得系数A和B,对其取对数,化为： 。设 , , ,则得到线性方程:
这样,可进行一元线性回,求得回归方程: ； ；
式中： ——曲线的截距；B——回归系数(即斜率)。
为了使回归误差最小,我们使用最小二乘法求出 和B值。
兰州交通大学
《热质交换原理与设备》课程
实验指导书
环境与市政工程学院暖通实验室
二Ｏ一Ｏ年六月
实验一：散热器热工性能实验
通常所说的供暖是指向房间内供给热量以补充房间内的热损失，从而保证房间所要求的室内温度。为实现这个目的，就要在房间内安装散热设备，散热设备大体有散热器、暖风机、辐射板等。
散热器是将流经热媒的热量以传导、对流、辐射的形式传递给室内的空气、物体和人。
(1)第一热交换系数
(1)
式中 ——全热效率； ——空气初终状态的湿球温度,℃；
——水初终状态的温度,℃。
若 较小,说明 与 的差值大,这就是热湿交换不够完善的表现。
(2)第二热交换系数
(2)
式中 ——通用热交换效率； ——空气初终状态的干球温度,℃。
三、实验装置及仪器
本实验装置为循环式系统(也可改为开式系统),如图1所示。它主要由以下几部分组成：
六、计算公式及数据整理
1.计算公式
(1)计算空气的水蒸汽分压力
(3)
式中： ——空气的水蒸气分压力，Pa；
——湿球温度下空气的饱和水蒸气分压力， 值可根据侧得的空气
湿球温度 查表得到，Pa；
——空气的干球温度，℃；
——空气的湿球温度，℃；
B——当地的大气压力，Pa.
式中：Q——散热器的散热量； ——散热器内水的平均温度； ——室内空气的平均温度。
（二）实验原理
散热器在稳态条件下散热时，热媒供给的热量等于散热器表面散出的热量。为了通过实验测得散热器的散热量，就要创造条件，使实验装置和系统达到一定精度的稳定状态。此时测量流过散热器的水量和散热器进出口水温降后，即可求得散热器的散热量。
式中： ——散热器的散热量，W； ——流经散热器热水的流量，kg/s；
——水的比热，KJ/kg·℃，本试验取值为4.19 KJ/kg·℃；
——散热器的进口水温，℃； ——散热器的出口水温，℃。
（三）实验装置及仪器
本实验在以国际标准和国家标准建成的采暖散热器热工性能测定标准台上进行。实验装置如下图所示。
G/kg/s
小室内空气温度 /℃
备注
平均值
根据各仪器的修正值对测得的有关参数进行修正。
计算各参数的算术平均值。
计算散热器的散热量： ； ；
将进口水温下的计算结果记于表3。
表3进口水温下的计算结果
测量时间
水流量
进口温度 /℃
出口温度 /℃
进出口水温平均值 /℃
进出口水温降 /℃
室温 /℃
平均水温与室温之差 /℃
确定了标准流量后，对水系统排除空气。打开排气阀，即可排净散热器及管道内的空气。系统内存有空气会影响流量的稳定，散热器内存有空气会影响散热量的稳定。具体条件如下：
测试参数
小室与平均值的最大偏差
测试参数
热媒与平均值的最大偏差
各壁面中心温度安装散热器墙面
±0.3℃
流量
±2%
内表面温度
±0.5℃
温度
±0.2%
【注】本实验由于条件的限制只测定一个标准流量状态下散热器的热工性能。
（五）实验步骤
1.被测散热器的安装
散热器在安装前须进行检测试验，无渗漏方，方可安装。根据散热器的类型、进出口位置、管径等条件，选择散热器与实验系统的连接方式。须注意的是系统和连接处都要保证严密，防止出现漏水。（本实验按照国家标准制造，安装、连接和试压等符合要求）
中,喷水室是应用最为广泛的一种。
在喷水室中喷出不同状态的水,可以实现空气的加热、冷却、加湿、减湿等多种空气的处理过程,并具有一定的空气净化能力。
一、实验目的
通过本实验熟悉和掌握有关数据的测定方法，以便应用空气与水的热湿交换理论确定喷水室的热工性能。
二、实验原理
传热传质实热质交换的理论基础。在实际的热湿交换过程中不容易达到理想的状况。因此,为了反映两者的接度提出了两个指标来评价喷水室的热工特性。