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文檔簡介
1、氣-氣列管換熱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書氣-氣列管換熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測定列管式換熱器的總傳熱系數(shù)。2. 考察流體流速對(duì)總傳熱系數(shù)的影響。3. 比較并流流動(dòng)傳熱和逆流流動(dòng)傳熱的特點(diǎn)、基本原理在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大量情況下,冷、熱流體系通過固體壁面(傳熱元件) 進(jìn)行熱量交換,稱為間壁式換熱。如圖(4- 1)所示,間壁式傳熱過程由熱流體對(duì)固體壁面 的對(duì)流傳熱,固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體壁面對(duì)冷流體的對(duì)流傳熱所組成。達(dá)到傳熱穩(wěn)定時(shí),有Q =mhCpi Ti -T2 二 m?Cp2 t? -ti(二 KA £式中:Q 傳熱量,J / s;-1)m1熱流體的質(zhì)量流率,kg / s ;熱流體的比熱,J / (kg
2、?C);Ti熱流體的進(jìn)口溫度,C;熱流體的出口溫度,C;m2冷流體的質(zhì)量流率,kg / s ;冷流體的比熱,J / (kg ?C );ti冷流體的進(jìn)口溫度,C;t2冷流體的出口溫度,C;以傳熱面積A為基準(zhǔn)的總給熱系數(shù),W / (m2 ?C );冷熱流體的對(duì)數(shù)平均溫差,C;熱、冷流體間的對(duì)數(shù)平均溫差可由式(42)計(jì)算,In口T2 _t1(4 2)列管換熱器的換熱面積可由式(4 3)算得,(43)其中,d為列管直徑(因本實(shí)驗(yàn)為冷熱氣體強(qiáng)制對(duì)流換熱,故各列 管本身的導(dǎo)熱忽略,所以d取列管內(nèi)徑),L為列管長度,n為列管根數(shù), 以上參數(shù)取決于列管的設(shè)計(jì),詳見下文附表。由此可得換熱器的總給熱系數(shù),(44)
3、在本實(shí)驗(yàn)裝置中,為了盡可能提高換熱效率,采用熱流體走管內(nèi)、冷流體走管間形式,但是熱流體熱量仍會(huì)有部分損失,所以Q應(yīng)以冷流體實(shí)際獲得的熱能測算,即Q = ' 2V2Cp2(t2 -11)(45)則冷流體質(zhì)量流量m2已經(jīng)轉(zhuǎn)換為密度和體積等可測算的量, 其中V2 為冷流體的進(jìn)口體積流量,所以務(wù)也應(yīng)取冷流體的進(jìn)口密度,即需更具冷 流體的進(jìn)口溫度(而非定性溫度)查表確定。除查表外,對(duì)于在0100C之間,空氣的各物性與溫度的關(guān)系有如下擬合公式。(1)空氣的密度與溫度的關(guān)系式:'=10*t2 -4.5 10t 1.2916(2)空氣的比熱與溫度的關(guān)系式:60C 以下 Cp = 1005J /
4、(kg ?C),70C 以上 Cp = 1009J / (kg ?C)三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程名稱符號(hào)單位備注冷流體進(jìn)口溫t1熱流體走管內(nèi),度冷流體走管間。逆流出口溫度t2C列管規(guī)格*22mm ,即內(nèi)徑21mm,共7根列管,長1m, 則換熱面積共0.462卅。并流出口溫度t2'C熱流體進(jìn)口溫度TiC熱流體出口溫度T2C熱風(fēng)流量Vim3/h冷風(fēng)流量V2m3/h本裝置采用冷空氣與熱空氣體系進(jìn)行對(duì)流換熱。 熱流體由風(fēng)機(jī)1吸入經(jīng)流 量計(jì)V1計(jì)量后,進(jìn)入加熱管預(yù)熱,溫度測定后進(jìn)入列管換熱器管內(nèi),出口也 經(jīng)溫度測定后直接排出。冷流體由風(fēng)機(jī) 2吸入經(jīng)流量計(jì)V2計(jì)量后,由溫度計(jì) 測定其進(jìn)口溫度,并由閘閥選擇
5、逆流或并流傳熱形式。即:上圖冷風(fēng)左側(cè)進(jìn)口閥打開即為逆著熱風(fēng)的流向,相應(yīng)的也應(yīng)打開對(duì)角處的逆流出口閥, 這就是逆 流換熱的流程;類似的,將冷風(fēng)右側(cè)進(jìn)口閥打開即為并著熱風(fēng)的流向,打開對(duì)角的冷流體并流出口閥,這就是并流換熱的流程。冷熱流體的流量可由各自風(fēng) 機(jī)的旁路閥調(diào)節(jié)。四、操作步驟1. 打開總電源開關(guān)、儀表開關(guān),待各儀表溫度自檢顯示正常后進(jìn)行 下步操作。2. 打開熱流體風(fēng)機(jī)的出口旁路,啟動(dòng)熱流體風(fēng)機(jī),再調(diào)節(jié)旁路閥門 到適合的實(shí)驗(yàn)流量。(一般取熱流體流量6080 m3/h,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過 程中保持恒定。)3. 開啟加熱開關(guān),調(diào)節(jié)旋鈕,使加熱電壓到一恒定值。 (例如在室溫20C左右,熱流體風(fēng)量70 m3/
6、h,一般調(diào)加熱電壓150V,經(jīng)約30min 后,熱流體進(jìn)口溫度可恒定在 82 C左右。)4. 待熱流體在恒定流量下的進(jìn)口溫度相對(duì)不變后,可先打開冷流體 風(fēng)機(jī)的出口旁路,啟動(dòng)冷流體風(fēng)機(jī)。5. 若選擇逆流換熱過程,則將控制面板上溫度切換顯示開關(guān)調(diào)至逆 流狀態(tài),打開冷流體進(jìn)出管路上對(duì)應(yīng)逆流流程的兩個(gè)閥門。6. 然后以冷流體流量作為實(shí)驗(yàn)的主變量,調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)旁路,從 2080 m3/h 流量范圍內(nèi),選取 5 到 6 個(gè)點(diǎn)作為工作點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測 定。7. 待某一流量下的熱流體和逆流的冷流體換熱的四個(gè)溫度相對(duì)恒定 后,可認(rèn)為換熱過程基本平衡了,抄錄冷熱流體的流量和溫度, 即完成逆流換熱下一組數(shù)據(jù)的測定。之后,改變一個(gè)冷流體的風(fēng) 量,再待換熱平衡抄錄又一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。8. 同理,可進(jìn)行冷熱流體的并流換熱實(shí)驗(yàn)。注意:熱流體流量在整 個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中最好保持不變,冷流體每次的進(jìn)口溫度會(huì)隨風(fēng)機(jī)發(fā) 熱情況不同,但在一次換熱過程中,必須待熱流體進(jìn)出口溫度相 對(duì)恒定后方可認(rèn)為換熱過程平衡。9. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束,應(yīng)
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