换热器综合实验(实验)

动力工程学院研究生实验报告题目：换热器综合实验

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动力工程学院中心实验室

2013年7月

报告内容

一实验背景

换热器在工业生产中是经常使用的设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷流体，以满足生产工艺的要求。本实验主要对应用较广的间壁式换热器中的三种换热：套管式换热器螺旋板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器和螺旋板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性能测试，而列管式换热器只能作一种流动方式的性能测试。通过实验，主要达到以下目的：

1、熟悉换热器性能的测试方法；

2、了解套管式换热器，螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别；

3、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。

二实验方案

（一）实验装置

实验装置简图如图1所示：

图1 实验装置简图

1. 热水流量调节阀

2. 热水螺旋板、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. 开关组

10. 冷水出口压力计11. 冷水螺旋板、套管、列管启闭阀门组

12. 逆顺流转换阀门组13. 冷水流量调节阀

换热器性能试验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。

本实验装置采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验；如工作原理图2所示。换热形式为热水—冷水换热式。热水加热采用电加热方式，冷—热流体的进出口温度采用数显温度计，可以通过琴键开关来切换测点。

注意事项：

①热流体在热水箱中加热温度不得超过80℃；

②实验台使用前应加接地线，以保安全。

图2 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. 电加热水箱

7. 热水浮子流量计8. 回水箱9. 热水泵10. 螺旋板式换热器11. 套管式换热器

（二）实验台参数

1、换热器换热面积{F}：

（1）套管式换热器：0.45m2

（2）螺旋板式换热器：0.65 m2

（3）列管式换热器：1.05 m2

2、电加热器总功率：9.0KW

3、冷、热水泵：

允许工作温度：<80℃；

额定流量：3m3/h；

扬程：12m；

电机电压：220V；

电机功率：370W。

4、转子流量计型号：

型号：LZB-15；

流量：40~400升/小时；

允许温度范围：0-120℃。

（三）实验步骤

1、实验前准备：

（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）。

2、实验操作：

（1）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；

（2）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，既可测读出相应测温点的温度数值，同时测读转子流量计冷-热流体的流量读数；把这些测试结果记录在实验数据记录表中；

（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[如改变冷水（热水）流速（或流量）]进行实验，或需要重复进行实验时，都要重新安排实验，实验方法与上述实验基本相同，并记录下这些实验的测试数据；

（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。

三数据分析

1、实验数据记录表

环境温度0t = 35 ℃

2、数据计算 （1）计算公式

热流体换热量：)(21111T T C m Q p -= [W] 冷流体吸热量：)(21222t t C m Q p -= [W] 平均换热量： 22

1Q Q Q +=

[W] 热平衡误差： %1002

1⨯-=

∆Q

Q Q

对数传热温差：)/ln()/ln(212

112121T T T T T T T T ∆∆∆-∆=∆∆∆-∆=

∆ [℃]

传热系数： 1

∆=F Q

K [W/(m 2·℃)] 式中：

C p1，C p2 ——热、冷流体的定压比热 [J/kg·℃] m 1，m 2 ——热、冷流体的质量流量 [kg/s] T 1，T 2 ——热流体的进出口温度 [℃] t 1，t 2 ——冷流体的进出口温度 [℃] ΔT 1= T 1-t 2；ΔT 2= T 2-t 1 [℃] F ——换热器的换热面积 [m 2]

注意，热、冷流体的质量流量m 1、、m 2是根据修正后的流量计体积流量读数1V 、

2V 再换算成的质量流量值。

（2）将实验记录数据代入上述计算式中进行计算，可分别得到三种换热器在顺流和逆流情况下的换热量、热平衡误差、对数传热温差及相应的传热系数，具体计算结果如下表所示。

环境温度035t =℃