11 实验1：换热器综合实验.docx

第1页：换热器综合实验概述

• 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。9785643211011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。

第2页：换热器换热量的计算式

热流体放热量11111ϕ=cm(t∝-t)

• (1)冷流体吸热量∝ϕ2=c2m2(t2-t2)
• (2)平均换热量2ϕ1+ϕ2ϕ=
• (3)热平衡误差×100%Δ=ϕ1-ϕ2ϕ
• (4)换热器温差ΔtminlnmaxΔt=Δtmax-ΔtminmΔt
• (5)传热系数AΔtmk=ϕ
• (6)内部流动对流换热Nu=0.023Re0.8Pr0.4
• (7)
• (8)外部流动对流换热Nu=CRenPrm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0.22m2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3列管式换热器换热面积0.40m2换热面积0.51m2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9.0kW
• 3、冷、热水泵允许工作温度：<80℃额定流量：3m3/h扬程：12m

第3页：实验装置简图与设备参数

电机电压：220V电机功率：370W

• 4、转子流量计型号型号：LZB-15流量：40~400l/h允许温度范围：0~120℃FIFI2131112910876543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：5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；

第4页：实验操作步骤与观测要求

• 22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：Q1=m1cp1(T1-T2)冷流体吸热量：Q2=m2cp2(t2-t1)平均换热量：Q=Q1+Q2Q热平衡误差：Δ=Q1-Q2×100%ΔtminLnmaxΔt=Δtmax-Δtminm对数平均温差：Δt传热系数：k=AΔtmQ式中：m1，m2热、冷流体的质量流量；cp1，cp2热、冷流体的定压比热；T1，T2热流体的进、出口温度；t1，t2冷流体的进、出口温度；A换热面积；Δtmax，Δtmin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m1，m2是根据修正后的流量计体积流量折算成的质量流量。

第5页：数据整理与思考题

• 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？
• 5、怎样由传热性能曲线，比较三种换热器的性能？
• 6、根据实验结果说明为什么工程上可以忽略换热器中间壁的导热热阻？附：实验数据记录表换热器名称环境温度℃冷流体热流体顺逆流流量计数l/h出口温度℃进口温度℃流量计数l/h出口温度℃进口温度℃顺流逆流