翅片管换热器实验指导书

空气水热交换器实验指导说明书

同济大学热能实验室

陈德珍

2000年1 月

第一部分空冷器实验台系统说明

本实验台是上海交通大学开发、针对换热器课程的教学要求而设计的科教产品。所用的换热器为一较小的间壁式换热器，空气—水作为介质，实验台由独立的风源，热水源，温度控制器等组合而成，有较大的灵活性，以后还可发展冷却塔性能试验。

一、实验台组成、系统、设备及仪表

实验台系统的简图见图1，主要由风源、热水源、可控硅温度控制器组成。且各自独立，有较大的灵活性。主要性能：

1. 风源：风机：电机：400w，三相380v

风量：800m3/h

风压：60mmH2O 出风口尺寸：200× 135mm 吸风口配二只可叠套的橡胶收缩风口，测速段处直径分别为

D 1=120mm及D2=60mm,

2. 热水源：水箱尺寸：445× 245×575mm

水泵：电机：120W 单相220v

流量：h

压头：12mH2O 加热器：3KW 220V 3 只转子流量计：LZB-25 60-600L/h

3. 可控硅温度控制器：TA-092 PID 调节仪ZK-03 三相可控硅电压调整器最大输出功率10KW 铂电阻温度传感器BA 2

0~100 ℃ 可控硅3CT 20A/1000V 电源：三相380V

4. 试验用换热器

实验所用的间壁式换热器为一较紧凑的翅片管式散热器，由铜管束套带皱折的铝整体翅片构成，见图2。

主要参数：

管束：紫铜管管径：d0=10mm

d 1=8mm

节距横向：s1=45mm

纵向：s2=13mm 翅片：铝制、皱折、整片片厚：δ=

片节距：t= 试件总体尺寸：水侧：横向管数：n=3 纵

向管排数：n=8 总管数：n=n× n=24 水通道并联管子

数：即n=3 管子总长度：L=a× n=× 24= 通道面积：

F w=n×π×d1× d1/4 -4

=×10-4

㎡气侧：通道尺寸：

a=200mm

b=130mm h=116mm

翅片数：m=76 通风面积：Fa=a× b= 传热总面积：

1 2 2

Aa=( n1 S1 h d02n) 2 m (a m ) d0 n 2.24m2

4

特征尺寸：Da=4V/A a=4×a×b×h/A a

=4×××

整个风源设计紧凑，风箱用塑料制成，出风口线型及大的收缩比，保证空气在换热器进口截面处有均匀流速。吸风口、调风口、整流栅、毕托管紧凑地组合在一起，为了适应不同风量测量的需要，用二只直径不同的可叠套使用的橡胶收缩风口，选用方便。

试验用换热器是放置在出风口上，拆换方便。风箱制成水密形式，需要时可更换试验件作冷却塔填料性能试验。

热水源水箱用不锈钢制成，水泵、流量计、调节阀、回流管路、加热器组合紧凑。风源、热水源、温度控制器各自独立，移动方便，可充分发挥各自的功能。翅片管散热器试验时，水--- 空气流可按逆流连接。空气--- 水进出口温度用铜—康铜热电偶测量，水温测点t w1,t w2直接放置在二联箱进出口。进口空气温度t a1, 测点装在紧靠换热器的进出口截面处，换热器出口通道加一均

温段，再用均不的九对热电偶并联测量出口空气温度t a2热电偶接线见图3，冷端放入冰瓶内，同过一转换开关，用

电位差计测量tw1、t w2、t a1、t a2 各温度。

用毕托管测定吸风口收缩段处流速，以确定空气流量，大流量时用收缩段直径D=120mm的吸风口，小流量时

用直径D=60mm的吸风口，再用调风门改变风量。

水流量通过调节阀控制，用转子流量计测量。

第二部分实验内容及安排

一、实验目的借助该实验台，学生可以组织一间壁式换热器的试验，能够达到以下几方面。1．测定间壁式换热器的传热系数；2．了

解换热器的工作性能，熟悉间壁式换热器的热工计算方法；3．进一步可确定该换热器气侧换热面的传热特性，即传热因子与雷诺数之间的关系；4．熟悉流体流速、流量、温度等的测量，以及对实验数据的处理。

6)

(7)

t (t w1 t a2 ) (t w2 t a1) tm t t

w1 a2

ln

t w2

t a1

A

空气流速变化对传热系数 K 的影响较大，水流速度及水温变化对传热系数也有

影响。为了了解空气流速及水 流速度对传热系数的影响，可藉温控器保持相同的水温，并维持一定的水流量，改变不同的空气流量进行试验， 可得出某水温、水流速条件下传热系数随空气流速的变化规律。

2．确定气侧换热面的传热规律，既传热因子

J 与雷诺数 Re 之间的关系

该换热器的传热元件为带翅片的圆管，换热器热阻由以下几部分组成。

其中： 1/KA 由本实验确定，即：

1/KA=

△ t m /Q

水侧换热系数α w ，按水在管内流动的换热准则方程，由计算确定。 由( 6)式即可求出气侧换热表面的热阻

1/ (

α a ·ηA a )值。

、实验内容及数据处理

1．测定换热器传热系数及其变化规律 热水在管内流

动，放热量 Qw.

Q w =M w × C pw × (tw 1-tw 2)

空气流过管束外侧，吸热量 Q a

Q

a =M a × C pa × (ta 2-ta 1)

以 Q a 、 Q w 间热平衡误差△ <10%的数据认为有效， △ =( Qw-Qa ) /Q *100% Q=(Qw+Qa)/2 水 --- 空气按逆流方式工作，传热系数 K=Q/Aa ·△ t m 以上各式中： tw

1、tw 2

(w) (w)

(w)

K (w/m

(1) (2) 并按

平均值作(3)

2

℃)

(4)

Q.

ta

M C

水进出口温度；

1、ta 2 空气进出口温度； w 、 Ma 水、空气的质量流量 ; pw 、 C pa 水、空气的比热 ;

(

(

(Kg/S) (J/Kg

℃) ℃)

℃)

△ t m -

平均温差， (℃) ；其计算如下：

㎡)

气侧换热总面积。 1 KA

1 d i l

1

a w

r FW

d 0

ln d i

2l

r Fa

1

A a

5)

其中：

r Fw

、r

Fa

为水侧和气侧的污垢热阻； ( ㎡℃/W)

αw 、α a 为水侧和气侧换热系数；

(W/㎡℃)

η ------ 气侧的肋壁效率；

ln( d 0

i

)

d i

管壁导热热阻； (℃ /W )

2 dl

在试验设备新投入使用时，可忽略污垢热阻，

(5)式可简化为：

1 1 ln( d

d i 0

)

KA

d i l w 2 l

a

A a

a

1