換熱器綜合實驗(實驗六)

1、重慶大學(xué)動力工程學(xué)院研究生專業(yè)實驗報告動力工程學(xué)院研究生實驗報告題目：換熱器綜合實驗 學(xué) 號：20121002012姓 名：毛娜教 師：王宏 動力工程學(xué)院中心實驗室2013年7月報告內(nèi)容一 實驗背景換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中是經(jīng)常使用的設(shè)備。熱流體借助于傳熱壁面，將熱量傳遞給冷流體，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。本實驗主要對應(yīng)用較廣的間壁式換熱器中的三種換熱：套管式換熱器螺旋板式換熱器和列管式換熱器進(jìn)行其性能的測試。其中，對套管式換熱器和螺旋板式換熱器可以進(jìn)行順流和逆流兩種流動方式的性能測試，而列管式換熱器只能作一種流動方式的性能測試。通過實驗，主要達(dá)到以下目的：1、熟悉換熱器性能的測試方法；2、了解套管式換

2、熱器，螺旋板式換熱器和列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點及其性能的差別；3、加深對順流和逆流兩種流動方式換熱器換熱能力差別的認(rèn)識。二 實驗方案（一）實驗裝置實驗裝置簡圖如圖1所示：圖1 實驗裝置簡圖1. 熱水流量調(diào)節(jié)閥 2. 熱水螺旋板、套管、列管啟閉閥門組3. 冷水流量計 4. 換熱器進(jìn)口壓力表 5. 數(shù)顯溫度計6. 琴鍵轉(zhuǎn)換開關(guān) 7. 電壓表 8. 電流表 9. 開關(guān)組10. 冷水出口壓力計 11. 冷水螺旋板、套管、列管啟閉閥門組12. 逆順流轉(zhuǎn)換閥門組 13. 冷水流量調(diào)節(jié)閥換熱器性能試驗的內(nèi)容主要為測定換熱器的總傳熱系數(shù)，對數(shù)傳熱溫差和熱平衡誤差等，并就不同換熱器，不同兩種流動方式，不同工況的傳

3、熱情況和性能進(jìn)行比較和分析。本實驗裝置采用冷水可用閥門換向進(jìn)行順逆流實驗；如工作原理圖2所示。換熱形式為熱水冷水換熱式。熱水加熱采用電加熱方式，冷熱流體的進(jìn)出口溫度采用數(shù)顯溫度計，可以通過琴鍵開關(guān)來切換測點。注意事項：熱流體在熱水箱中加熱溫度不得超過80；實驗臺使用前應(yīng)加接地線，以保安全。圖2 換熱器綜合實驗臺原理圖1. 冷水泵 2. 冷水箱 3. 冷水浮子流量計 4. 冷水順逆流換向閥門組 5. 列管式換熱器 6. 電加熱水箱7. 熱水浮子流量計 8. 回水箱 9. 熱水泵 10. 螺旋板式換熱器 11. 套管式換熱器（二）實驗臺參數(shù)1、換熱器換熱面積F：（1）套管式換熱器：0.45m2（2

4、）螺旋板式換熱器：0.65 m2（3）列管式換熱器：1.05 m22、電加熱器總功率：9.0KW3、冷、熱水泵：允許工作溫度：<80；額定流量：3m3/h；揚程：12m；電機電壓：220V；電機功率：370W。4、轉(zhuǎn)子流量計型號：型號：LZB-15； 流量：40400升/小時；允許溫度范圍：0-120。（三）實驗步驟1、實驗前準(zhǔn)備：（1）熟悉實驗裝置及使用儀表的工作原理和性能；（2）打開所要實驗的換熱器閥門，關(guān)閉其它閥門；（3）按順流（或逆流）方式調(diào)整冷水換向閥門的開或關(guān)；（4）向冷-熱水箱充水，禁止水泵無水運行（熱水泵啟動，加熱才能供電）。2、實驗操作：（1）接通電源；啟動熱水泵（為了

5、提高熱水溫升速度，可先不啟動冷水泵），并調(diào)整好合適的流量；（2）調(diào)整溫控儀，使其能使加熱水溫控制在80以下的某一指定溫度；（3）將加熱器開關(guān)分別打開（熱水泵開關(guān)與加熱開關(guān)已進(jìn)行連鎖，熱水泵啟動，加熱才能供電）；（4）利用數(shù)顯溫度計和溫度測點選擇琴鍵開關(guān)按鈕，觀測和檢查換熱器冷-熱流體的進(jìn)出口溫度。待冷-熱流體的溫度基本穩(wěn)定后，既可測讀出相應(yīng)測溫點的溫度數(shù)值，同時測讀轉(zhuǎn)子流量計冷-熱流體的流量讀數(shù)；把這些測試結(jié)果記錄在實驗數(shù)據(jù)記錄表中；（5）如需要改變流動方向（順-逆流）的實驗，或需要繪制換熱器傳熱性能曲線而要求改變工況如改變冷水（熱水）流速（或流量）進(jìn)行實驗，或需要重復(fù)進(jìn)行實驗時，都要重新安排

6、實驗，實驗方法與上述實驗基本相同，并記錄下這些實驗的測試數(shù)據(jù)；（6）實驗結(jié)束后，首先關(guān)閉電加熱器開關(guān)，5分鐘后切斷全部電源。三 數(shù)據(jù)分析1、實驗數(shù)據(jù)記錄表環(huán)境溫度 35 表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表套管式換熱器熱 流 體冷 流 體進(jìn)口溫度T1（）出口溫度T2（）流量計讀數(shù)V1（l/h）進(jìn)口溫度 t1（）出口溫度t2()流量計讀數(shù)V2（l/h）順 流54.552.52004447.55556.852.819440.643.58057.353.31944143.398逆 流70.546.517045657171.55317051.267.210473.550.51704869.390列管式換熱器熱 流 體

7、冷 流 體進(jìn)口溫度T1（）出口溫度T2（）流量計讀數(shù)V1（l/h）進(jìn)口溫度 t1（）出口溫度t2()流量計讀數(shù)V2（l/h）順 流63.1601844950.27565.263.324349.750.58568.863.51804749.865逆 流61.642.819540.952.37061.342.925041.253.86760.943.218540.756.680螺旋板式換熱器熱 流 體冷 流 體進(jìn)口溫度T1（）出口溫度T2（）流量計讀數(shù)V1（l/h）進(jìn)口溫度 t1（）出口溫度t2()流量計讀數(shù)V2（l/h）順 流81.171.814645.446.713576.570.414545

8、.346.315077.37114045.547.680逆 流78.747.514046.369.88078.34712046.867.29080.947.311846.668.61202、數(shù)據(jù)計算（1）計算公式熱流體換熱量： W冷流體吸熱量： W平均換熱量： W熱平衡誤差： 對數(shù)傳熱溫差： 傳熱系數(shù)： W/(m2·) 式中：Cp1，Cp2 熱、冷流體的定壓比熱 J/kg·m1，m2 熱、冷流體的質(zhì)量流量 kg/sT1，T2 熱流體的進(jìn)出口溫度 t1，t2 冷流體的進(jìn)出口溫度 T1= T1-t2；T2= T2-t1 F 換熱器的換熱面積 m2注意，熱、冷流體的質(zhì)量流量m1、

9、m2是根據(jù)修正后的流量計體積流量讀數(shù)、再換算成的質(zhì)量流量值。（2）將實驗記錄數(shù)據(jù)代入上述計算式中進(jìn)行計算，可分別得到三種換熱器在順流和逆流情況下的換熱量、熱平衡誤差、對數(shù)傳熱溫差及相應(yīng)的傳熱系數(shù)，具體計算結(jié)果如下表所示。環(huán)境溫度表2 計算結(jié)果類型順逆流熱流體換熱量Q1(W)冷流體吸熱量Q2(W)平均換熱量Q(W)熱平衡誤差D對數(shù)傳熱溫差D1()傳熱系數(shù)K(W/m2·)套管式順流465.56 224.05 344.80 0.70 7.41 103.36903.18 270.02 586.60 1.08 12.43 104.85903.18 262.34 582.76 1.10 12.8

10、9 100.43逆流4748.67 1652.72 3200.69 0.97 3.08 2310.343660.43 1936.71 2798.57 0.62 2.87 2166.294550.81 2231.18 3390.99 0.68 3.28 2299.64列管式順流663.88 104.75 384.32 1.45 11.82 30.97 537.37 79.14 308.26 1.49 14.11 20.81 1110.35 211.83 661.09 1.36 17.44 36.11 逆流4266.82 928.78 2597.80 1.28 4.66 530.98 5353.8

11、9 982.56 3168.22 1.38 3.91 772.17 3811.15 1480.47 2645.81 0.88 3.32 759.20 螺旋板式順流1580.33 204.26 892.30 1.54 30.09 45.62 1029.46 174.58 602.02 1.42 27.50 33.68 1026.55 195.53 611.04 1.36 27.39 34.33 逆流5083.87 2188.11 3635.99 0.80 3.84 1455.65 4371.57 2136.90 3254.23 0.69 2.71 1844.78 4614.59 3072.67

12、3843.63 0.40 4.05 1461.13 3、繪制傳性能曲線，并作比較以傳熱系數(shù)為縱坐標(biāo)，冷水（熱水）流速（或流量）為橫坐標(biāo)繪制傳熱性能曲線如圖3和圖4所示。圖3 順流時三種換熱器性能曲線圖4 逆流時三種換熱器性能曲線4、誤差分析對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，引起誤差的原因歸納如下：（1）實驗裝置本身引起的系統(tǒng)誤差；（2）測量誤差：實驗中發(fā)現(xiàn)冷出口溫度一直沒有辦法維持在一個值上，可能是測溫器出現(xiàn)了問題，導(dǎo)致各組數(shù)據(jù)差距較大，得到的數(shù)據(jù)也有一定的問題，從而使得最后的K值偏??；流量計的讀數(shù)在實驗過程中一直不穩(wěn)定，可能引起測量的流量不準(zhǔn)確；（3）計算誤差：計算過程中對數(shù)據(jù)處理采用的方法也會造成一定的

13、誤差，如實驗中未引入傳熱平均溫差修正系數(shù)，可能導(dǎo)致最后求得的K值與實際值不符。四 實驗結(jié)論1、通過實驗我們計算得出了相應(yīng)的傳熱系數(shù)，并繪制出三種換熱器在兩種不同流動方式下的傳熱性能曲線。但根據(jù)傳熱學(xué)知識分析，本實驗得到的結(jié)果存在較大的誤差，三種不同的換熱器的換熱性能普遍較低。2.、對比兩種流動方式下的傳熱性能，可以發(fā)現(xiàn)三種換熱器逆流時換熱效果都比順流時的換熱效果要好，如套管式換熱器，在順流時傳熱系數(shù)在100200之間，而逆流時，其傳熱系數(shù)在20003000之間。3、比較三種換熱器，套管式換熱器的傳熱系數(shù)最高，其次是螺旋板式換熱器，而列管式換熱器最低。五 改進(jìn)方案及建議1、對實驗裝置進(jìn)行改進(jìn)：（1）溫度測量方面：在測量冷熱水進(jìn)出口溫度時，溫度讀數(shù)一直不停的改變，對計算結(jié)果造成誤差；（2）流量測量方面：實驗的不同工況就是通過改變流量實現(xiàn)，但是在某一工況進(jìn)行中，流量計讀數(shù)不能穩(wěn)定，一直在降低，這給實驗結(jié)果造成了很大的誤差；（3）閥門方面：實驗裝置的閥門過于陳舊，易誤操作，從而引起實驗的不準(zhǔn)確，可以改進(jìn)下實驗裝置閥門，如切換流體流動方向可考慮用電磁閥等更方便操作的配件。這樣能保證實驗過程更加順利地進(jìn)行，以達(dá)到減小實驗誤差的目的。2、對實驗環(huán)境加以改善。在實驗過