順逆流熱交換實(shí)驗(yàn)

1、 熱工綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué) 院： 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè)：能源與環(huán)境系統(tǒng)工程姓 名（學(xué)號(hào)）：1141440056韋聲 1141440057馮鋮煉實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)是通過間壁式換熱器進(jìn)行傳熱實(shí)驗(yàn)，即冷、熱兩種流體分別在固體壁面兩側(cè)流動(dòng)，兩流體不直接接觸，通過固體壁面進(jìn)行傳熱。1. 測(cè)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(jì)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(gè)換熱器上的對(duì)數(shù)平均值，因此，對(duì)于整個(gè)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

2、熱器的傳熱面積，m2；tm-換熱器兩端的對(duì)數(shù)平均溫差，； h-總傳熱系數(shù)，W/m2。2. 傳熱效率Q的計(jì)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(yīng)以熱空氣側(cè)來計(jì)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(zhì)量流量，kg/h； T1,T2-熱空氣的進(jìn)、出口溫度，； t1,t2-冷空氣的進(jìn)、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

3、=t1+t22 3.對(duì)數(shù)平均溫度差tm的計(jì)算tm=t1+t2lnt1t2其中： 逆流時(shí)：t1=T1-t2 t2=T2-t1 順流時(shí)：t1=T1-t2 t2=T2-t14熱空氣質(zhì)量流量m的計(jì)算r V=CP*1000式中：V熱空氣的體積流量，m3/h； C 孔板流量計(jì)的校正系數(shù),本實(shí)驗(yàn)中，C=1.6889； P孔板兩側(cè)差壓變送器的讀數(shù)，kPa。本實(shí)驗(yàn)中，可根據(jù)空氣的溫度和壓力，應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程來進(jìn)行計(jì)算，即：=MA*(P+P)R*T r式中： MA空氣的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；本實(shí)驗(yàn)中，MA=29.0 kg/kmol； P0大氣壓，kPa；P0=101.3 kPa；R通用氣體常數(shù)，kJ/(k

4、mol·K)；本實(shí)驗(yàn)中，R=8.314 kJ/(kmol·K)； T孔板處空氣溫度，K。R通用氣體常數(shù)，kJ/(kmol·K)；本實(shí)驗(yàn)中，R=8.314 kJ/(kmol·K)；M=V實(shí)驗(yàn)步驟 1連接電源，開啟電源總開關(guān)，電源指示燈亮，觀察各電壓表的示數(shù)是 220V。運(yùn)行“THXHR-5”監(jiān)控工程，通訊成功后，開始準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。2全開閥 F6，啟動(dòng)無紙記錄儀，在手動(dòng)(M)調(diào)節(jié)狀態(tài)下，將加熱調(diào)節(jié)的比例輸出操作值MV設(shè)為40。啟動(dòng)熱風(fēng)機(jī)、空氣加熱器。3逆流實(shí)驗(yàn)：全開閥 F3、F4，關(guān)閉閥 F2、F5、F7，啟動(dòng)冷 風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)閥 F1、F3，將流量調(diào)節(jié)至40m3/

5、s。4等待2min，記錄下當(dāng)前實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5按照步驟 4，固定冷、熱空氣流量，取 5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)記錄下來6順流實(shí)驗(yàn)：全開閥門 F2、F5，關(guān)閉閥門 F3、F4、F7；通過控制閥 F1 和 F2 控制冷空氣進(jìn)入換熱器的流量為40 m3/h 左右。7重復(fù)步驟4和5，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。8實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將無紙記錄儀上的調(diào)壓模塊的比例輸出設(shè)為 0，依次關(guān)閉“空氣加熱器、冷風(fēng)機(jī)、 熱風(fēng)機(jī)、無紙記錄儀、電源總開關(guān)”，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 實(shí)驗(yàn)中遇到的問題1. 多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差過大，運(yùn)行情況不夠穩(wěn)定，也許是由于設(shè)備開機(jī)時(shí)間還不夠長(zhǎng)，流場(chǎng)還未穩(wěn)定，設(shè)備溫度還未到底理想溫度。2. 進(jìn)入熱交換器的冷測(cè)流體溫度不夠低，這是因

6、為冷風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱量未能及時(shí)排出，導(dǎo)致冷測(cè)空氣吸熱，溫度升高。3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受外界因素影響過大，不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)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(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)冷空氣入口處的壓力隨時(shí)間會(huì)逐漸升高，這很有可能和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的構(gòu)造有關(guān)。5. 由于設(shè)備構(gòu)造，設(shè)備內(nèi)空氣的氣壓較低，導(dǎo)致空氣密度小，從而影響換熱的效率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理順流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)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：

7、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(shí)驗(yàn)我們一共測(cè)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(duì)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(diào)現(xiàn)象，我們認(rèn)為出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)樵O(shè)備啟動(dòng)后內(nèi)部流場(chǎng)還沒有穩(wěn)定。相比而言，空測(cè)空氣就沒有出現(xiàn)類似現(xiàn)象，這一點(diǎn)

8、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(jì)算得出=MA*(P+P)R*T=1.02kg/m3 V=CP*1000=49.3m3/h熱空氣質(zhì)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(jì)算得出順流實(shí)驗(yàn)中熱空氣的換熱率： Q=m*cp*(T1-T2)=623.5W逆流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表時(shí)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TI10

9、5（）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(shí)驗(yàn)中沒有出現(xiàn)順流實(shí)驗(yàn)中冷測(cè)氣壓不斷升高的現(xiàn)象，可能是由于在采集數(shù)據(jù)的時(shí)段內(nèi)設(shè)備運(yùn)行處于穩(wěn)態(tài)，內(nèi)部流場(chǎng)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(jì)算得出=MA*(P+P)

10、R*T=1.02kg/m3 V=CP*1000=46.3m3/h熱空氣質(zhì)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(jì)算得出逆流實(shí)驗(yàn)中熱空氣的換熱率： Q=m*cp*(T1-T2)=837.95W從計(jì)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(shí)驗(yàn)過程中冷、熱流體的換熱量會(huì)不同？答：設(shè)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(fēng)機(jī)出口處的氣壓會(huì)隨時(shí)間增長(zhǎng)？答：可能是由于設(shè)備剛啟動(dòng)，內(nèi)部流場(chǎng)還沒有穩(wěn)定，導(dǎo)致一些部位局部壓力過大。3. 為什么熱風(fēng)機(jī)出來的熱空氣氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣壓？答：因?yàn)闊犸L(fēng)機(jī)出口不遠(yuǎn)有排風(fēng)口，流失部分空氣和壓力。實(shí)驗(yàn)心得 本次實(shí)驗(yàn)，我見識(shí)到了熱交換器順流和逆流形式傳熱的差異，雖