換熱器綜合實驗(實驗六)

1、重慶大學(xué)動力工程學(xué)院研究生專業(yè)實驗報告動力工程學(xué)院研究生實驗報告題目：換熱器綜合實驗 學(xué) 號：20121002012姓 名：毛娜教 師：王宏 動力工程學(xué)院中心實驗室2013年7月報告內(nèi)容一 實驗背景換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中是經(jīng)常使用的設(shè)備。熱流體借助于傳熱壁面，將熱量傳遞給冷流體，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。本實驗主要對應(yīng)用較廣的間壁式換熱器中的三種換熱：套管式換熱器螺旋板式換熱器和列管式換熱器進行其性能的測試。其中，對套管式換熱器和螺旋板式換熱器可以進行順流和逆流兩種流動方式的性能測試，而列管式換熱器只能作一種流動方式的性能測試。通過實驗，主要達到以下目的：1、熟悉換熱器性能的測試方法；2、了解套管式換

2、熱器，螺旋板式換熱器和列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點及其性能的差別；3、加深對順流和逆流兩種流動方式換熱器換熱能力差別的認識。二 實驗方案（一）實驗裝置實驗裝置簡圖如圖1所示：圖1 實驗裝置簡圖1. 熱水流量調(diào)節(jié)閥 2. 熱水螺旋板、套管、列管啟閉閥門組3. 冷水流量計 4. 換熱器進口壓力表 5. 數(shù)顯溫度計6. 琴鍵轉(zhuǎn)換開關(guān) 7. 電壓表 8. 電流表 9. 開關(guān)組10. 冷水出口壓力計 11. 冷水螺旋板、套管、列管啟閉閥門組12. 逆順流轉(zhuǎn)換閥門組 13. 冷水流量調(diào)節(jié)閥換熱器性能試驗的內(nèi)容主要為測定換熱器的總傳熱系數(shù)，對數(shù)傳熱溫差和熱平衡誤差等，并就不同換熱器，不同兩種流動方式，不同工況的傳

3、熱情況和性能進行比較和分析。本實驗裝置采用冷水可用閥門換向進行順逆流實驗；如工作原理圖2所示。換熱形式為熱水冷水換熱式。熱水加熱采用電加熱方式，冷熱流體的進出口溫度采用數(shù)顯溫度計，可以通過琴鍵開關(guān)來切換測點。注意事項：熱流體在熱水箱中加熱溫度不得超過80；實驗臺使用前應(yīng)加接地線，以保安全。圖2 換熱器綜合實驗臺原理圖1. 冷水泵 2. 冷水箱 3. 冷水浮子流量計 4. 冷水順逆流換向閥門組 5. 列管式換熱器 6. 電加熱水箱7. 熱水浮子流量計 8. 回水箱 9. 熱水泵 10. 螺旋板式換熱器 11. 套管式換熱器（二）實驗臺參數(shù)1、換熱器換熱面積F：（1）套管式換熱器：0.45m2（2

4、）螺旋板式換熱器：0.65 m2（3）列管式換熱器：1.05 m22、電加熱器總功率：9.0KW3、冷、熱水泵：允許工作溫度：80；額定流量：3m3/h；揚程：12m；電機電壓：220V；電機功率：370W。4、轉(zhuǎn)子流量計型號：型號：LZB-15； 流量：40400升/小時；允許溫度范圍：0-120。（三）實驗步驟1、實驗前準備：（1）熟悉實驗裝置及使用儀表的工作原理和性能；（2）打開所要實驗的換熱器閥門，關(guān)閉其它閥門；（3）按順流（或逆流）方式調(diào)整冷水換向閥門的開或關(guān)；（4）向冷-熱水箱充水，禁止水泵無水運行（熱水泵啟動，加熱才能供電）。2、實驗操作：（1）接通電源；啟動熱水泵（為了提高熱水

5、溫升速度，可先不啟動冷水泵），并調(diào)整好合適的流量；（2）調(diào)整溫控儀，使其能使加熱水溫控制在80以下的某一指定溫度；（3）將加熱器開關(guān)分別打開（熱水泵開關(guān)與加熱開關(guān)已進行連鎖，熱水泵啟動，加熱才能供電）；（4）利用數(shù)顯溫度計和溫度測點選擇琴鍵開關(guān)按鈕，觀測和檢查換熱器冷-熱流體的進出口溫度。待冷-熱流體的溫度基本穩(wěn)定后，既可測讀出相應(yīng)測溫點的溫度數(shù)值，同時測讀轉(zhuǎn)子流量計冷-熱流體的流量讀數(shù)；把這些測試結(jié)果記錄在實驗數(shù)據(jù)記錄表中；（5）如需要改變流動方向（順-逆流）的實驗，或需要繪制換熱器傳熱性能曲線而要求改變工況如改變冷水（熱水）流速（或流量）進行實驗，或需要重復(fù)進行實驗時，都要重新安排實驗，實

6、驗方法與上述實驗基本相同，并記錄下這些實驗的測試數(shù)據(jù)；（6）實驗結(jié)束后，首先關(guān)閉電加熱器開關(guān)，5分鐘后切斷全部電源。三 數(shù)據(jù)分析1、實驗數(shù)據(jù)記錄表環(huán)境溫度 35 表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表套管式換熱器熱 流 體冷 流 體進口溫度T1（）出口溫度T2（）流量計讀數(shù)V1（l/h）進口溫度 t1（）出口溫度t2()流量計讀數(shù)V2（l/h）順 流54.552.52004447.55556.852.819440.643.58057.353.31944143.398逆 流70.546.517045657171.55317051.267.210473.550.51704869.390列管式換熱器熱 流 體冷 流

7、體進口溫度T1（）出口溫度T2（）流量計讀數(shù)V1（l/h）進口溫度 t1（）出口溫度t2()流量計讀數(shù)V2（l/h）順 流63.1601844950.27565.263.324349.750.58568.863.51804749.865逆 流61.642.819540.952.37061.342.925041.253.86760.943.218540.756.680螺旋板式換熱器熱 流 體冷 流 體進口溫度T1（）出口溫度T2（）流量計讀數(shù)V1（l/h）進口溫度 t1（）出口溫度t2()流量計讀數(shù)V2（l/h）順 流81.171.814645.446.713576.570.414545.346

8、.315077.37114045.547.680逆 流78.747.514046.369.88078.34712046.867.29080.947.311846.668.61202、數(shù)據(jù)計算（1）計算公式熱流體換熱量： W冷流體吸熱量： W平均換熱量： W熱平衡誤差： 對數(shù)傳熱溫差： 傳熱系數(shù)： W/(m2) 式中：Cp1，Cp2 熱、冷流體的定壓比熱 J/kgm1，m2 熱、冷流體的質(zhì)量流量 kg/sT1，T2 熱流體的進出口溫度 t1，t2 冷流體的進出口溫度 T1= T1-t2；T2= T2-t1 F 換熱器的換熱面積 m2注意，熱、冷流體的質(zhì)量流量m1、m2是根據(jù)修正后的流量計體積流量

9、讀數(shù)、再換算成的質(zhì)量流量值。（2）將實驗記錄數(shù)據(jù)代入上述計算式中進行計算，可分別得到三種換熱器在順流和逆流情況下的換熱量、熱平衡誤差、對數(shù)傳熱溫差及相應(yīng)的傳熱系數(shù)，具體計算結(jié)果如下表所示。環(huán)境溫度表2 計算結(jié)果類型順逆流熱流體換熱量Q1(W)冷流體吸熱量Q2(W)平均換熱量Q(W)熱平衡誤差D對數(shù)傳熱溫差D1()傳熱系數(shù)K(W/m2)套管式順流465.56 224.05 344.80 0.70 7.41 103.36903.18 270.02 586.60 1.08 12.43 104.85903.18 262.34 582.76 1.10 12.89 100.43逆流4748.67 1652

10、.72 3200.69 0.97 3.08 2310.343660.43 1936.71 2798.57 0.62 2.87 2166.294550.81 2231.18 3390.99 0.68 3.28 2299.64列管式順流663.88 104.75 384.32 1.45 11.82 30.97 537.37 79.14 308.26 1.49 14.11 20.81 1110.35 211.83 661.09 1.36 17.44 36.11 逆流4266.82 928.78 2597.80 1.28 4.66 530.98 5353.89 982.56 3168.22 1.38

11、3.91 772.17 3811.15 1480.47 2645.81 0.88 3.32 759.20 螺旋板式順流1580.33 204.26 892.30 1.54 30.09 45.62 1029.46 174.58 602.02 1.42 27.50 33.68 1026.55 195.53 611.04 1.36 27.39 34.33 逆流5083.87 2188.11 3635.99 0.80 3.84 1455.65 4371.57 2136.90 3254.23 0.69 2.71 1844.78 4614.59 3072.67 3843.63 0.40 4.05 1461

12、.13 3、繪制傳性能曲線，并作比較以傳熱系數(shù)為縱坐標，冷水（熱水）流速（或流量）為橫坐標繪制傳熱性能曲線如圖3和圖4所示。圖3 順流時三種換熱器性能曲線圖4 逆流時三種換熱器性能曲線4、誤差分析對實驗結(jié)果進行分析，引起誤差的原因歸納如下：（1）實驗裝置本身引起的系統(tǒng)誤差；（2）測量誤差：實驗中發(fā)現(xiàn)冷出口溫度一直沒有辦法維持在一個值上，可能是測溫器出現(xiàn)了問題，導(dǎo)致各組數(shù)據(jù)差距較大，得到的數(shù)據(jù)也有一定的問題，從而使得最后的K值偏??；流量計的讀數(shù)在實驗過程中一直不穩(wěn)定，可能引起測量的流量不準確；（3）計算誤差：計算過程中對數(shù)據(jù)處理采用的方法也會造成一定的誤差，如實驗中未引入傳熱平均溫差修正系數(shù)，可

13、能導(dǎo)致最后求得的K值與實際值不符。四 實驗結(jié)論1、通過實驗我們計算得出了相應(yīng)的傳熱系數(shù)，并繪制出三種換熱器在兩種不同流動方式下的傳熱性能曲線。但根據(jù)傳熱學(xué)知識分析，本實驗得到的結(jié)果存在較大的誤差，三種不同的換熱器的換熱性能普遍較低。2.、對比兩種流動方式下的傳熱性能，可以發(fā)現(xiàn)三種換熱器逆流時換熱效果都比順流時的換熱效果要好，如套管式換熱器，在順流時傳熱系數(shù)在100200之間，而逆流時，其傳熱系數(shù)在20003000之間。3、比較三種換熱器，套管式換熱器的傳熱系數(shù)最高，其次是螺旋板式換熱器，而列管式換熱器最低。五 改進方案及建議1、對實驗裝置進行改進：（1）溫度測量方面：在測量冷熱水進出口溫度時，溫度讀數(shù)一直不停的改變，對計算結(jié)果造成誤差；（2）流量測量方面：實驗的不同工況就是通過改變流量實現(xiàn)，但是在某一工況進行中，流量計讀數(shù)不能穩(wěn)定，一直在降低，這給實驗結(jié)果造成了很大的誤差；（3）閥門方面：實驗裝置的閥門過于陳舊，易誤操作，從而引起實驗的不準確，可以改進下實驗裝置閥門，如切換流體流動方向可考慮用電磁閥等更方便操作的配件。這樣能保證實驗過程更加順利地進行，以達到減小實驗誤差的目的。2、對實驗環(huán)境加以改善。在實驗過程