實(shí)驗(yàn)四總傳熱實(shí)驗(yàn)課件

1、一、基本原理一、基本原理在工業(yè)生產(chǎn)中，要完成加熱或冷卻任務(wù)，一般是通過(guò)換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即換熱器必須在單位時(shí)間內(nèi)完成傳送一定的熱量以滿足工藝要求。換熱器性能指標(biāo)之一是傳熱系數(shù)K。通過(guò)對(duì)這一指標(biāo)的實(shí)際測(cè)定，可對(duì)換熱器操作、選用、及改進(jìn)提供依據(jù)。 傳熱系數(shù)K值的測(cè)定可根據(jù)熱量恒算式及傳熱速率方程式聯(lián)立求解。 傳熱速率方程式 Q=K S tm K = Q /S tm 對(duì)于整個(gè)換熱器，其熱量的衡算式為 Q = wh(Hh1-Hh2) = wc(Hc1-Hc2)Q損 如果換熱器中的流體均無(wú)相變，且流體的比熱容不隨流體溫度變化而為常數(shù)時(shí)， 即 Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1）Q損 若實(shí)驗(yàn)設(shè)

2、備保溫良好，Q損可忽略不計(jì)，所以 Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1） S傳熱面積（這里基于外表面積）， m2； tm為換熱器兩端溫度差的對(duì)數(shù)平均值，即冷、熱流體的初、終溫各自相同時(shí)，逆流的tm較并流時(shí)的tm大，推動(dòng)力：逆流并流，逆流時(shí)冷熱流體用量少。當(dāng)時(shí)，可以用算術(shù)平均溫度差()代替對(duì)數(shù)平均溫度差。由上式所計(jì)算出口的傳熱系數(shù)K為測(cè)量值K測(cè)。（t中較大的為t2，較小t1） 212tt1212lntttttm212tt 傳熱系數(shù)的計(jì)算值K計(jì)可用下式進(jìn)行計(jì)算： 兩流體通過(guò)管壁的傳熱包括： 當(dāng)壁厚一樣時(shí)，di=d0=dm 當(dāng)管壁和垢層的熱阻可以忽略不計(jì)時(shí)，上式可簡(jiǎn)化成： K主要決定于流

3、體的物性、傳熱過(guò)程的造作條件及換熱器的類型。SiRK1110計(jì)000111iiiK理計(jì) 本實(shí)驗(yàn)裝置為一套管換熱器，采用冷水熱水系統(tǒng)，流程如圖4-4所示。 12345678910111調(diào)節(jié)閥 2轉(zhuǎn)子流量計(jì) 3銅電阻 4換向閥 5套管換熱器 6儀表箱7溫度顯示儀 8轉(zhuǎn)子流量計(jì) 9熱水罐 10管道泵 11排氣閥實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)有逆流和并流（報(bào)告上應(yīng)標(biāo)明流向）兩種流程，通過(guò)換向閥門改變冷水的流向，進(jìn)而測(cè)得兩流體逆流或并流流動(dòng)時(shí)的總傳熱系數(shù)。2主要設(shè)備儀表規(guī)格 套管換熱器：內(nèi)管為紫銅管，管徑do=6mm；換熱管長(zhǎng)度l=1.075m； 測(cè)溫裝置：Cu50型銅電阻配以數(shù)字溫度顯示儀；意義：電阻50歐姆 熱水發(fā)生器

4、：2196mm，材質(zhì)為不銹鋼；加熱器功率：1kW，由智能程序控溫儀控制并顯示其中溫度； 流量計(jì)：LZB15轉(zhuǎn)子流量計(jì)，范圍：0160L/h； LZB25轉(zhuǎn)子流量計(jì)，范圍：0400L/h。3.測(cè)量參數(shù) 1）Wh，Wc，流量轉(zhuǎn)子流量計(jì) 2）溫度銅電阻（果場(chǎng)溫度變化小，需要測(cè)量精度高的儀器，若精度低可能測(cè)不出溫差） 3）特征尺寸d,l設(shè)備名牌標(biāo)出 1.熟悉流程、管線，檢查各閥門的開啟位置，熟悉各閥門的作用。 流程：確定逆流并流，誰(shuí)走管內(nèi)誰(shuí)走管外。（冷水走管內(nèi)，熱水走管外。為什么這樣安排？） 2.將熱水發(fā)生器水位約維持在其高度的2/3，把換向閥門組調(diào)配為逆流。 3.打開總電源開關(guān)，通過(guò)智能程序控溫儀設(shè)

5、定加熱器溫度，通電加熱并啟動(dòng)管道泵，開啟熱水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)熱水流量為定值。（加熱溫度應(yīng)控制在40C） 4.當(dāng)熱水發(fā)生器溫度接近設(shè)定值時(shí)開啟冷水離心泵和出口閥，調(diào)節(jié)冷水閥使冷水流量為定值。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意開啟冷水槽上水閥勿使槽內(nèi)水位下降太多。 5.待冷、熱水溫度穩(wěn)定后，記錄冷、熱水的進(jìn)出口溫度。（傳熱平衡，穩(wěn)定后計(jì)錄數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)存在熱損失，Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1）Q損，當(dāng)Q熱 Q冷 10時(shí)，即可產(chǎn)生劇烈湍流，一般總傳熱系數(shù)可高達(dá)30008000W/M2.K。端部溫差小 逆流換熱，可達(dá)到1的端部溫差。熱損失小 只有板片邊緣暴露，不需保溫，熱效率98%。適應(yīng)性好，易調(diào)整 通過(guò)改變板

6、片數(shù)目和組合方式即可調(diào)節(jié)換熱能力，與變化的熱負(fù)荷相匹配。 流體滯留量小，對(duì)變化反應(yīng)迅速，拆裝簡(jiǎn)單，容易維護(hù) 板片是獨(dú)立的單元體，拆裝簡(jiǎn)單，可將密封墊密閉的板片拆開、清洗。結(jié)垢傾向低 高度紊流、光滑板表面，使積垢機(jī)率很小，且具自清潔功能，不易堵塞。低成本 使用一次沖壓成型的波紋板片裝配而成，金屬耗量低，當(dāng)使用耐蝕材料時(shí)，投資成本明顯低于其他的換熱器。缺點(diǎn)：處理能力不大，操作壓力比較低，一般不超過(guò)20atm，受墊片耐熱性的限制，操作溫度不能太高，一般合成橡膠墊不超過(guò)130，壓縮石棉墊圈也不超過(guò)250。 螺旋板式換熱器由兩塊金屬薄板焊接在一塊分隔板上并卷制成螺旋狀而構(gòu)成的。卷制后，在器內(nèi)形成兩條相互

7、隔開的螺旋形通道，在頂、底部分則焊有封頭和兩流體進(jìn)出口接管。其中有一對(duì)進(jìn)出口接管是設(shè)在園周邊上，而另一對(duì)進(jìn)出口則設(shè)在園鼓的軸心上。換熱時(shí)，冷、熱流體分別進(jìn)入兩條通道，在器內(nèi)作嚴(yán)格的逆流流動(dòng)。 按流道布置和封頭形式可分為： I 型結(jié)構(gòu)：兩個(gè)螺旋通道兩側(cè)完全焊接封閉，不可拆。兩流體均作螺旋運(yùn)動(dòng)，通常冷流體由外周流入，熱流體從中心流入，形成完全逆流流動(dòng)。主要用于液體與液體之間的傳熱。II 型結(jié)構(gòu)：一個(gè)螺旋通道焊接封閉，另一通道的兩側(cè)敞開。一流體作螺旋形流動(dòng)，另一流體則作軸向流動(dòng)。適合于兩流體的流量相差很大的場(chǎng)合。常做蒸汽冷凝器、氣體冷卻器使用。III 型結(jié)構(gòu)：一流體作螺旋形流動(dòng)，另一流體則是軸向流動(dòng)

8、和螺旋流動(dòng)的組合，適用于蒸汽的冷凝和冷卻。傳熱系數(shù)高 由于離心力的作用，可在較低Re數(shù)下出現(xiàn)湍流(Re=1400-1800)，允許流速可達(dá)2m/s，故傳熱系數(shù)較高，如水對(duì)水的換熱，傳熱系數(shù)可達(dá)2000-3000 W/（m2K）。不易堵塞 由于流速較高，又是在螺旋流道內(nèi)流動(dòng)，能較好的發(fā)揮流體對(duì)板面的沖刷作用，因而流體中的懸浮物不易沉積下來(lái)。由于流道長(zhǎng)，可為完全逆流，便于控制溫度和利用低溫?zé)嵩?，操作時(shí)允許較低的溫度差，因此，在一些低溫差傳熱的場(chǎng)合，采用螺旋板換熱器比較合適。結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡(jiǎn)便，單位體積設(shè)備內(nèi)的傳熱面積約為列管式換熱器的3倍。 操作壓力和溫度不能太高，尤其是所能承受的壓力比較低，操作

9、壓力只能在20atm以下，操作溫度約在300-400以下。不易檢修，整個(gè)換熱器已被卷制焊接為一個(gè)整體，一旦發(fā)生中間泄漏或其他故障，設(shè)備即告報(bào)廢。 在兩塊平行金屬板之間夾入波紋狀金屬翅片，兩邊以側(cè)條密封，組成一個(gè)單元體；將各單元體進(jìn)行不同的疊集和適當(dāng)?shù)嘏帕?，再用釬焊予以固定，形成逆流、并流和錯(cuò)流的板翅式換熱器組裝件(芯部或板束) ；將帶有進(jìn)、出口的集流箱焊接到板束上。特點(diǎn)：傳熱效果更好、結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)目前最常用的翅片形式主要有光直型翅片、鋸齒型翅片和多孔型翅片。傳熱效果好 板翅促進(jìn)湍流，破壞傳熱邊界層的發(fā)展，總傳熱系數(shù)高，同時(shí)冷、熱流體間換熱不僅以平隔板為傳熱面，而且大部分熱量通過(guò)翅片換熱，

10、因而具有很高的傳熱速率。結(jié)構(gòu)緊湊 單位體積換熱器提供的傳熱面積一般能達(dá)到2500m2，最高可達(dá)到4300m2，而列管式換熱器只有160m2。輕巧牢固 由于結(jié)構(gòu)緊湊，通常用鋁合金制造，在相同的傳熱面積下，其重量?jī)H為列管式換熱器的十分之一，波紋翅片不僅是傳熱面，又是兩板間的支撐，故強(qiáng)度很高。適應(yīng)性強(qiáng)，操作范圍廣 由于鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，特別適合于低溫和超低溫條件下的換熱。 流道很小，容易堵塞而使壓降增大。換熱器內(nèi)一旦結(jié)垢，清洗和檢修困難，故處理的物料應(yīng)較清潔或預(yù)先進(jìn)行凈制。由于平隔板是用薄鋁片制成，故要求流體對(duì)鋁不發(fā)生腐蝕。 結(jié)構(gòu)：在管子外表面上裝有徑向或軸向翅片。用途：適用于兩種流體的給熱系數(shù)相

11、差很大的場(chǎng)合，例如水蒸氣和空氣間的換熱，傳熱過(guò)程的熱阻主要集中在空氣一側(cè)，若空氣在管外流動(dòng)，則在管外裝置翅片，既可增大空氣側(cè)的傳熱面積，又可促進(jìn)空氣湍動(dòng)，使傳熱系數(shù)和傳熱面積的乘積 KA 值增大，從而提高換熱器的傳熱速率。 翅片與光管的連接應(yīng)緊密無(wú)間，否則會(huì)在連接處產(chǎn)生很大的接觸熱阻。常用的連接方法有鑲嵌、纏繞或高頻焊接，其中焊接最為密切，但加工費(fèi)用較高。 翅片盤管換熱器空調(diào)機(jī)組表冷器組合式鋁合金散熱器（T形翅） 核心：計(jì)算換熱器的傳熱面積S=Q/Ktm（1）確定流動(dòng)路徑，由傳熱任務(wù)計(jì)算Q，Q = SKtm換熱器本身的能力, Q = Whcph(T1-T2)傳熱本身的熱負(fù)荷（2）確定流體進(jìn)、出口溫度，一般由工藝條件規(guī)定。熱流體溫度 T1 T2由工藝條件確定冷流體溫度 t1當(dāng)?shù)貧鉁?t2根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算確定（3）選定換熱器形式，計(jì)算定性溫度，查取流體物性，計(jì)算平均溫差