列管换热器传热系数的测定
列管换热器传热系数的测定
在石油化工等生产中，传热是很重要的单元操作，列管换热器是最广泛使用的换热设备之一。影响换热器传热的参数有传热面积、平均温度差和传热系数3个要素。其中，传热系数是反映换热器性能好坏的主要指标。它可以按有关公式进行计算，但有时在设计工作中不易获得可靠的数据，需在实际生产中进行现场测试，为设计工作提供依据；有时在生产中使用的换热器，为了检查其工作状况是否合理，是否达到预期效果，也需进行标定，以便提出改善工作条件、提高设备传热效率的方案；新型的换热器试制成功后需进行测试，以检验其性能。因此，换热器传热系数的测定工作是研究换热器的重要内容之一。
一、实验目的及任务
）了解换热器的结构，学会换热器的操作方法及换热器传热系数的测定方法。
测定列管式换热器的传热系数K
1 kJ（千焦耳）=0.239kcal（千卡）
I kcal（千卡）=4.19kJ（千焦耳）1 kW（千瓦）=860 kcal/h（千卡/时）
二、实验基本原理
列管式换热器是一种间壁式换热设备，冷、热流体间的传热过程由热流体对壁面的对流传热、间壁的固体热传导和壁面与冷流体的对流传热3个传热分过程组成。当忽略污垢热阻时，以热流体侧传热面积为基准的总传热系数与3个传热分过程的关系为：
丄—丄丄込丄4_
式中K1以热流体侧传热面积为基准的总传热系数，W/m2?
a 1热流体的对流传热系数，W/m2?
a 2冷流体的对流传热系数，W/m2?
A1热流体侧的传热面积，m2
A2冷流体侧的传热面积，m2
A m传热壁的平均传热面积，m2
S传热壁的厚度，；m
入传热壁的导热系数，W/m k
传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，T），1s内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/ （平方米度）（W/ （卅
K ），此处K可用C代替）。
根据已学过的传热知识，由上式（）可以看出，对于给定的换热器及指定的物系有：
即传热系数只受冷、热流体的流量影响，通过分别考察冷、热流体流量对传热系数影响，达到了解传热过程的目的。
传热系数K可由传热速度方程式及热量衡算方程式，结合实验测得的有关数据计算出来，热量衡算方程式为：
Qi = m t?? （Tj — T2）
Q严叫? C ft? （f t—ti）
式中Q1热流体放出的热量，W
Q2冷流体吸收的热量，
ml热流体的流量kg/s
m2冷流体的流量，
Cp1 , Cp2热、冷流体的比热，J/kg K
T1, T2热流体的进、出口温度，C或K
t1, t2冷流体的进、出口温度，C或K
若换热器保温良好，忽略热损失，贝U: W 7二
由于实验中存在随机误差，所以换热器的传热量为：
Q= （Qi +Q）/2
传热速率方程为：
Q = K] ? ￡?皿
少Bl —* 3m 也
%屈=in （的
心L = ——為
式中△ tm平均传热温度差，C或K
cA t ,平均传热温度差的修正系数，逆流时￡A t=1，
对于单壳程双管程等可以从教材等文献中查得。
实验过程中，冷热流体之间的传热是否达到平衡，换热器是否保温良好，对
实验结果均有影响，判断换热器的操作优劣可采用传热不平衡度n度量，即：
7 = 01X 100%
本实验以水为冷流体，热空气为热流体，测定两流体在列管换热器中的传热系数三、实验装置及流程
实验装置及流程如图所示。实验装置主要由一台单壳程两管程换热器及空气源、空
气加热器、流量计及温度计组成。换热器的型号为，壳程采用圆缺型挡板，传热管
为铜管，管子规格为①10mm*1mm，有效管长为290mm，管数为14根，管外侧总
传热面积为0.4m2。
冷流体系为自来水（由自来水管网提供或水泵提供），经调节阀、流量计测量流量
进入壳程，被加热后排入下水道。热流体系为空气，经气源至空气加热器、流量计
进入换热器的管程，经冷却后排人大气。冷、热两流体均需测量进、出口温度。
1 一气；2空气加热器；13 一水源；5, 6, 8, 9温度计；3, 7，10，12控制阀;
4，11流量计；
四、实验操作要点
在实验前的预习过程中，学生应结合实验原理及操作要点自行拟定实验方案、实验步骤及实验数据记录表。
熟悉实验装置及流程。
1）弄清各控制阀、流量计、温度计的用途。
2）先通冷流体（水）。
3）后开热流体（空气），空气加热至90-100C。
4维持冷流体流量不变。当热流体进口温度在一定时间内（约10-15min）基本不
变时，可记录有关数据。每个实验点测3-4次数据，测量间隔约3-5min。
5测定传热系数K时，在维持冷流体（或热流体）流量不变的情况下，根据实验分布点要求，改变热流体（或冷流体）流量若干次，每点的间隔时间约10-15min, 以使传热过程达到稳定状态。
6）实验结束时，关闭空气加热电源，待空气温度降至50 E 以下后，关闭冷、
热流体的调节阀及空气气源的电源。
五、实验报告内容及要求
）处理实验数据，计算出换热器的传热系数。
）附计算示例及有关数据表。
）选部分思考题进行回答。
）对实验过程中出现的问题进行讨论。