傳熱平臺實驗

1、傳熱平臺實驗畢嘯天 分0 2010011811實驗時間：2012年10月18日實驗1.畢嘯天 肖藝涵 顏懷宇實驗2. 劉曉暢，孔小雨，化學(xué)的誰實驗3. 徐皓，寧博，莫唯書地點(diǎn)：傳熱實驗室一、 實驗?zāi)康?. 了解板式、列管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，比較兩種換熱器總換熱系數(shù)K的大小，為開發(fā)新型換熱器提供參考。2. 比較列管換熱器并、逆流時對總傳熱量大小的影響。測定流量改變對總傳熱系數(shù)的影響，并分析哪一側(cè)流體流量是控制性熱阻，如何強(qiáng)化換熱過程。二、 實驗原理間壁式換熱器的總傳熱系數(shù)K(W/m2·)表示單位面積、單位溫度差下單位時間的傳熱量。它的大小取決于兩側(cè)流體的物性、流速、流動狀況以及管壁及污垢

2、熱阻等因素。金屬間壁熱阻很小，倘若是新?lián)Q熱器，污垢熱阻也很小，這樣對于已確定冷熱流體物料來說。傳熱系數(shù)K的大小就主要取決于壁面兩側(cè)的傳熱膜系數(shù)，與流體的流速、湍動程度相關(guān)。其表達(dá)式可簡化為： (1)當(dāng)流速增大或湍流程度增大時，決定傳熱速率的主要熱阻的層流內(nèi)層減薄，傳熱膜系數(shù)增加，總傳熱系數(shù)K也增加。 以逆流操作為例，又有熱量衡算式為： (2) 式中：Q 熱負(fù)荷，W；T1,T2 熱流體進(jìn)出口溫度，； t1, t2 冷流體進(jìn)出口溫度，；W1,W2 熱、冷流體質(zhì)量流量，kg/s； Cp1,Cp2 熱、冷流體定壓比熱，kJ/·。由上式可以看出，若熱、冷流體流量W1、W2不變，當(dāng)傳熱量Q升高時

3、，熱流體進(jìn)出口溫差必將增加，冷流體進(jìn)出口溫差也將增加，若冷、熱兩種流體的進(jìn)口溫度保持一定，則進(jìn)出口處傳熱溫差t1、t2將降低，由積分結(jié)果可知，tm亦將降低。傳熱速率方程為： （3） 式中：Q 傳熱量，W； K 總傳熱系數(shù)，W/m2·； A 傳熱面積，m2； tm 平均溫差，。由上式可知，當(dāng)流速增大或湍動程度增加時，傳熱系數(shù)K將增加。當(dāng)然增加流速會帶來能量損失的增加，因此要經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，確定適當(dāng)?shù)牧魉?。列管式換熱器管程可通過增加程數(shù)來提高流速，殼程則可以利用折流板來提高流速和湍動程度。新型板式換熱器是由許多金屬板平行排列而組成的，板面沖壓成凹凸的規(guī)則波紋，以促進(jìn)流體湍動并增加傳熱面積。它的

4、優(yōu)點(diǎn)是總傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積提供傳熱面積大。三、 實驗裝置與流程3.1 實驗裝置如圖1所示，裝置由熱油釜，齒輪油泵，水罐，離心泵，板式及列管換熱器組成。其實驗體系為白油水。白油在熱油釜內(nèi)加熱升溫后，經(jīng)齒輪油泵打入換熱器，與來自水罐的水進(jìn)行換熱。被冷卻后經(jīng)渦輪流量計計量，返回到熱油釜中，釜內(nèi)設(shè)有電熱棒，為使釜內(nèi)油溫均勻，并提高釜內(nèi)控?zé)嵝Ч?，釜中裝有渦輪式攪拌槳，并設(shè)有釜溫自控儀表，攪拌充分后，循環(huán)使用。水罐中的水由離心泵輸出經(jīng)渦輪流量計計量后，打入換熱器的另一側(cè)。與油換熱升溫后，一部分熱水經(jīng)小渦輪流量計計量后排出體系。其余大部分熱水返回至水罐與補(bǔ)充進(jìn)來的新鮮自來水充分混合，使水溫降至一

5、個恒定的設(shè)定溫度，循環(huán)使用，溫度由補(bǔ)充新鮮自來水的量或排出系統(tǒng)的熱水量所決定。水罐設(shè)有液位自控儀表，以確保排出系統(tǒng)的熱水與補(bǔ)充進(jìn)來的新鮮自來水相等。在裝置中設(shè)計了并聯(lián)聯(lián)接的板式與列管換熱器，可切換操作使用?？蛇M(jìn)行兩種換熱器換熱性能的比較。在并聯(lián)兩換熱器的進(jìn)出口的匯總管道上設(shè)有測溫點(diǎn)和測壓點(diǎn)。列管換熱器設(shè)有既可逆流，又可并流操作的切換閥門。板式換熱器本身已規(guī)定了的物料進(jìn)出口，只可逆流操作。熱油與循環(huán)水的流量分別由變頻儀調(diào)節(jié)，并經(jīng)渦輪流量計計量。熱油釜與水罐的攪拌轉(zhuǎn)速也可用變頻儀調(diào)節(jié)。設(shè)備參數(shù)：列管換熱器：傳熱面積A=0.3m2，管徑d=8×1mm，管數(shù)n=38根，管長0.5m，殼程D=

6、108×35mm，三塊折流板。板式換熱器：由6×0.05m2=0.3m2組裝而成，板面為人字形波紋。齒輪泵型號：FX-2型離心水泵型號：DFLH25-20型熱油釜有3根1.3KW電熱棒白油物性：40=15cp；50=0.82g/cm3；Cp=0.5kJ/kg·3.2 實驗步驟（1）打開水泵、油泵及數(shù)字面板；（2）控制閥門的開閉，將管路調(diào)節(jié)為套管式換熱；（3）等待一段時間至面板示數(shù)大致穩(wěn)定后讀數(shù)；（4）將管路調(diào)節(jié)為列管、板式，重復(fù)以上實驗步驟。四、 原始數(shù)據(jù)套管換熱面積0.18m2 ，裂管、板式均為0.3m2。表1. 傳熱平臺實驗原始數(shù)據(jù)水流量(m3/h)油流量(m

7、3/h)水進(jìn)口溫度()水出口溫度()油進(jìn)口溫度()油出口溫度()套管0.380.9119.821.257.255.4列管逆流0.451.0621.123.456.353.6列管并流0.331.0522.525.255.753.4板式0.310.7324.534.253.844.1五、 數(shù)據(jù)處理（1）套管式逆流水溫：19.821.2，油溫55.457.2。故水的定性溫度。從手冊中查得此溫度下水的比熱容，密度。由得，其中（2）列管式逆流水溫：21.123.4，油溫53.656.3。故水的定性溫度。從手冊中查得此溫度下水的比熱容，密度。由得，其中（3）列管式并流水溫：22.525.2，油溫53.45

8、5.7。故水的定性溫度。從手冊中查得此溫度下水的比熱容，密度。由得，其中（4）板式水溫：24.534.2，油溫44.153.8。故水的定性溫度。從手冊中查得此溫度下水的比熱容，密度。由得，其中表2.換熱器K值套管式列管逆流列管并流板式K(W/m2K)95.8122122591六、 實驗注意事項（1）傳熱平臺實驗中需要仔細(xì)研究管路構(gòu)造，防止開關(guān)錯閥門；（2）平臺加熱裝置只能加熱，沒有自反饋裝置，無法設(shè)定溫度。當(dāng)溫度高于55后需要手動關(guān)閉加熱開關(guān)，以穩(wěn)定溫度。（3）當(dāng)水位計示數(shù)降到150以下時，要注意補(bǔ)水。七、 思考題6.1舉例說明日常生活中有哪些傳熱設(shè)備？其原理各是怎樣的？例如暖氣。其原理如下：

9、利用鍋爐燒出蒸汽或熱水，通過管道輸送到建筑物內(nèi)的暖氣片中，然后流回鍋爐重新加熱、循環(huán)。暖氣片內(nèi)的高溫水或蒸汽通過對流傳熱與鑄鐵換熱，鑄鐵將熱量傳導(dǎo)至外壁，外壁與室內(nèi)空氣對流換熱，從而使室溫增高。又如空調(diào)。其原理基于卡諾循環(huán)：等溫壓縮、絕熱壓縮、等溫膨脹、絕熱膨脹。等溫壓縮吸熱，等溫膨脹放熱。在室內(nèi)外循環(huán)這四個步驟即可以達(dá)到制熱或是致冷的效果。6.2強(qiáng)化傳熱的手段有哪些？工業(yè)上對于具體換熱器都可采用什么強(qiáng)化傳熱手段（例如列管、板式、空冷、涼水塔）？（1）增大傳熱面積。通常從設(shè)備結(jié)構(gòu)入手，如采用小直徑管、螺旋管、波紋管等。（2）增大平均溫差。例如提高飽和水蒸氣的壓強(qiáng)，盡可能使用逆流或接近逆流換熱。

10、（3）增大傳熱系數(shù)?？梢栽龃罅魉僖詼p弱污垢的形成；提高流速加大雷諾數(shù)，從而增加給熱系數(shù)；設(shè)計特殊的傳熱壁面，增大湍動程度。列管：它的單位體積的換熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊。常在頂蓋內(nèi)加隔板，將全部管子平均成幾組，流體每次只能流過一組管子，即改裝成多管程熱交換器。如此操作提高了流體的流速，從而提高了傳熱系數(shù)。為了提高殼程流體流速，往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相垂直的折流擋板或稱折流板。既可以提高流速，又可改變流動方向，迫使殼程液體循規(guī)定的路徑流過，多次錯流流過管束有利于管外傳熱系數(shù)的增大。此外擋板還可減小流動的死區(qū)，防止污垢的沉積。板式：利用人字形波紋板，既增加了板的剛度以防止板片受壓時變形，又使流體分

11、布均勻，增強(qiáng)了流體湍動程度，加大了傳熱面積，有利于傳熱?？绽洌嚎绽淦魍ㄟ^空氣和軟化水間壁換熱，其中有高導(dǎo)熱性能的傳熱管，組合后形成很高的熱流密度，所以該裝置冷卻效率很高。使用空氣連續(xù)換熱，將熱量傳到空氣中，清除了積熱，滿足了感應(yīng)加熱系統(tǒng)溫度的要求。空冷器中還使用翅片管。因為管內(nèi)側(cè)水的換熱很強(qiáng)，對流換熱系數(shù)大約5800 W/(m2)，而如果不加翅片，管外空氣側(cè)換熱系數(shù)僅僅120 W/(m2)，總傳熱系數(shù)K就很低，加了翅片以后，K就可以一下子提高幾倍，達(dá)到700（鋼管），1100（復(fù)合管），這是增強(qiáng)換熱最有效、最經(jīng)濟(jì)的途徑。涼水塔：塔內(nèi)熱水在霧狀條件下與進(jìn)風(fēng)交換熱量，由于塔內(nèi)風(fēng)阻很小，加上合理的風(fēng)筒與風(fēng)葉設(shè)計，使氣水比提高，塔內(nèi)風(fēng)場合理、蒸汽分壓低、壁流少等原因，使本塔的降溫效果良好。八、 感想本實驗操作比較簡單，關(guān)鍵在于看清管路的走向、閥門的控制。像列管式只需要簡單的四個閥門就完成了逆流與并流的轉(zhuǎn)換，十分巧妙。裝置全部都由數(shù)控，只需要讀數(shù)記錄即可。但是可能由于散熱較快，示數(shù)不是很穩(wěn)