順逆流熱交換實驗.doc

精品文檔 熱工綜合實驗報告 學 院： 機械學院 專 業(yè)：能源與環(huán)境系統(tǒng)工程姓 名（學號）：1141440056韋聲 1141440057馮鋮煉實驗原理：本實驗是通過間壁式換熱器進行傳熱實驗，即冷、熱兩種流體分別在固體壁面兩側流動，兩流體不直接接觸，通過固體壁面進行傳熱。1. 測定從傳熱系數(shù)h由于換熱器內(nèi)的冷熱空氣的溫度和物性是變化的，因而在傳熱過程中的局部傳熱溫差和局部傳熱系數(shù)都是變化的，工程計算中，在沿程溫度和物性變化不是很大的情況下，通常傳熱系數(shù)K和傳熱溫差tm均可采用整個換熱器上的對數(shù)平均值，因此，對于整個換熱器，傳熱速率方程可寫為 Q=hAtm即：h=QA*tm式中：Q-傳熱速率，W;A- 換熱器的傳熱面積，m2；tm-換熱器兩端的對數(shù)平均溫差，； h-總傳熱系數(shù)，W/m2。2. 傳熱效率Q的計算熱空氣傳熱量： Q1=m1*cp1*(T1-T2)冷空氣傳熱量： Q2=m2*cp2*(t1-t2)考慮到冷空氣走換熱器的殼程，殼程的外表面存在熱損失，因此上傳熱速率應以熱空氣側來計算。故 Q=Q1 式中: Q1、Q2-熱空氣、冷空氣傳熱速率，W； m1、m2-熱、冷空氣的質量流量，kg/h； T1,T2-熱空氣的進、出口溫度，； t1,t2-冷空氣的進、出口溫度，； cp1,cp2-冷、熱空氣的定壓比熱，J/kg，分別根據(jù)熱、冷空氣的定性溫度T性、t性查得，其中：T性=T1+T22 t性=t1+t22 3.對數(shù)平均溫度差tm的計算tm=t1+t2lnt1t2其中： 逆流時：t1=T1-t2 t2=T2-t1 順流時：t1=T1-t2 t2=T2-t14熱空氣質量流量m的計算r V=CP*1000式中：V熱空氣的體積流量，m3/h； C 孔板流量計的校正系數(shù),本實驗中，C=1.6889； P孔板兩側差壓變送器的讀數(shù)，kPa。本實驗中，可根據(jù)空氣的溫度和壓力，應用理想氣體狀態(tài)方程來進行計算，即：=MA*(P+P)R*T r式中： MA空氣的摩爾質量，kg/kmol；本實驗中，MA=29.0 kg/kmol； P0大氣壓，kPa；P0=101.3 kPa；R通用氣體常數(shù)，kJ/(kmolK)；本實驗中，R=8.314 kJ/(kmolK)； T孔板處空氣溫度，K。R通用氣體常數(shù)，kJ/(kmolK)；本實驗中，R=8.314 kJ/(kmolK)；M=V實驗步驟 1連接電源，開啟電源總開關，電源指示燈亮，觀察各電壓表的示數(shù)是 220V。運行“THXHR-5”監(jiān)控工程，通訊成功后，開始準備實驗。2全開閥 F6，啟動無紙記錄儀，在手動(M)調節(jié)狀態(tài)下，將加熱調節(jié)的比例輸出操作值MV設為40。啟動熱風機、空氣加熱器。3逆流實驗：全開閥 F3、F4，關閉閥 F2、F5、F7，啟動冷 風機，調節(jié)閥 F1、F3，將流量調節(jié)至40m3/s。4等待2min，記錄下當前實驗數(shù)據(jù)。5按照步驟 4，固定冷、熱空氣流量，取 5組實驗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)記錄下來6順流實驗：全開閥門 F2、F5，關閉閥門 F3、F4、F7；通過控制閥 F1 和 F2 控制冷空氣進入換熱器的流量為40 m3/h 左右。7重復步驟4和5，并記錄相應數(shù)據(jù)。8實驗結束后，將無紙記錄儀上的調壓模塊的比例輸出設為 0，依次關閉“空氣加熱器、冷風機、 熱風機、無紙記錄儀、電源總開關”，整理實驗臺。 實驗中遇到的問題1. 多組實驗數(shù)據(jù)誤差過大，運行情況不夠穩(wěn)定，也許是由于設備開機時間還不夠長，流場還未穩(wěn)定，設備溫度還未到底理想溫度。2. 進入熱交換器的冷測流體溫度不夠低，這是因為冷風機產(chǎn)生的熱量未能及時排出，導致冷測空氣吸熱，溫度升高。3. 實驗數(shù)據(jù)受外界因素影響過大，不同時間點測得數(shù)據(jù)差異較大，所以每組數(shù)據(jù)得出的換熱系數(shù)的不確定度都比較大。4. 實驗中出現(xiàn)冷空氣入口處的壓力隨時間會逐漸升高，這很有可能和實驗設備的構造有關。5. 由于設備構造，設備內(nèi)空氣的氣壓較低，導致空氣密度小，從而影響換熱的效率。實驗數(shù)據(jù)處理順流實驗數(shù)據(jù)時間2016/09/12 冷空氣壓力PI101（kpa）熱空氣壓力PI102（kpa）冷空氣流量FI01（m3/h）熱空氣入口溫度TI105（）熱空氣出口溫度TI105（）順流-冷空氣入口溫度TI102（）順流-冷空氣出口溫度TI102（）20：35：35764076.964.444.755.120：39：24864077.164.345.055.220：45：43964077.264.744.655.220：49：269.564077.265.344.355.220：54：021064077.265.444.155.2 平均值8.764077.164.844.555.2順流實驗我們一共測量了將近10組數(shù)據(jù)，但是很多數(shù)據(jù)由于誤差過大所以沒有采用，以上是相對誤差比較小的5組。從這些數(shù)據(jù)中我們可以看到冷空氣壓力一直在升高，有些甚至超調現(xiàn)象，我們認為出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為設備啟動后內(nèi)部流場還沒有穩(wěn)定。相比而言，空測空氣就沒有出現(xiàn)類似現(xiàn)象，這一點我們還沒有很好的解釋。熱空氣體積流量可以根據(jù)孔板差壓表給出的數(shù)據(jù)通過計算得出=MA*(P+P)R*T=1.02kg/m3 V=CP*1000=49.3m3/h熱空氣質量流量m=50.286kg/h通過熱交換器的熱空氣的定性溫度： T性=(T1+T2)/2=70.95=344.1K查的該溫度下空氣的比熱容： Cp=1.008Kj/(kg)計算得出順流實驗中熱空氣的換熱率： Q=m*cp*(T1-T2)=623.5W逆流實驗數(shù)據(jù)記錄表時間2016/09/12 冷空氣壓力PI101（kpa）熱空氣壓力PI102（kpa）冷空氣流量FI01（m3/h）熱空氣入口溫度TI105（）熱空氣出口溫度TI105（）逆流-冷空氣入口溫度TI102（）逆流-冷空氣出口溫度TI102（）10：27：29754067.751.141.648.410：29：1675.54073.456.14249.210：31：0275.54076.959.24249.310：32：4075.54079.161.242.24810：34：3475.54081.260.442.249.1平均值75.44075.7458.1242.6248.8 逆流實驗中沒有出現(xiàn)順流實驗中冷測氣壓不斷升高的現(xiàn)象，可能是由于在采集數(shù)據(jù)的時段內(nèi)設備運行處于穩(wěn)態(tài)，內(nèi)部流場穩(wěn)定。熱空氣體積流量可以根據(jù)孔板差壓表給出的數(shù)據(jù)通過計算得出=MA*(P+P)R*T=1.02kg/m3 V=CP*1000=46.3m3/h熱空氣質量流量m=47.226kg/h通過熱交換器的熱空氣的定性溫度： T性=(T1+T2)/2=66.93查的該溫度下空氣的比熱容： Cp=1.007Kj/(kg)計算得出逆流實驗中熱空氣的換熱率： Q=m*cp*(T1-T2)=837.95W從計算出的傳熱量中可以很清楚的看出逆流過程的換熱量比順流過程大很多。思考題1. 為什么實驗過程中冷、熱流體的換熱量會不同？答：設備保溫效果不理想，冷空氣有更多熱量被空氣吸收。2. 為什么冷風機出口處的氣壓會隨時間增長？答：可能是由于設備剛啟動，內(nèi)部流場還沒有穩(wěn)定，導致一些部位局部壓力過大。3. 為什么熱風機出來的熱空氣氣壓遠遠低于大氣壓？答：因為熱風機出口不遠有排風口，流失部分空氣和壓力。實驗心得 本次實驗，我見識到了熱交換器順流和逆流形式傳熱的差異，雖然設備不能保證數(shù)據(jù)的精確性，但是兩種流動形式之間的差異還是能過通過數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來。最可惜的就是本次實驗沒能用足夠