换热器综合实验.doc

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 (1)冷流体吸热量 (2)平均换热量 (3)热平衡误差 (4)换热器温差 (5)传热系数 (6)内部流动对流换热 (7)外部流动对流换热 (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 m2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 m2（3）列管式换热器换热面积0.51 m2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 kW3、冷、热水泵允许工作温度：80 额定流量：3 m3/h扬程：12 m电机电压：220 V电机功率：370 W4、转子流量计型号型号：LZB-15流量：40400 l/h允许温度范围：0120 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：冷流体吸热量：平均换热量：热平衡误差：对数平均温差：传热系数：式中： ， 热、冷流体的质量流量；， 热、冷流体的定压比热；， 热流体的进、出口温度；， 冷流体的进、出口温度； 换热面积；， 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，是根据修正后的流量计体积流量折算成的质量流量。2. 绘制传热性能曲线，并进行比较（1） 以传热系数为纵坐标，冷水（冷水）流速（或质量）为横坐标绘制传热性能曲线；（2）对顺流和逆流换热性能进行比较；（3）对三种不同型式的换热器性能进行比较。七、思考题 1、冷热水箱温度不恒定对实验结果有何影响？2、怎样按测得的数据，计算流体与固体壁面间的对流换热系数？3、实验中为什么可以不考虑辐射换热？4、变工况后马上记录测点数据对实验有影响吗，为什么？