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换热器实验台使用说明

一、换热器实验台实验目的:
通过实验,进一步了解换热器的工作原理,实测出流体的流量、温度等有关数据,计算出热交换器的换热量及对数平均温差,分析换热器的传热状况,并比较顺流和逆流的差别。
二、换热器实验台实验原理:
在换热器中需要交换热量的冷热流体通常分别在固体壁面的两侧流动。热量从壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体的过程称为传热过程。传热过程中传递的热量正比于冷、热流体间的温差及传热面积,即

式中:F — 传热面积 [㎡]
(1) 列管换热器         0.3m2
(2) 板式换热器         0.14m2
(3) 套管换热器         0.03m2
电加热器           4kw
 △T — 冷热流体间的平均温差         [℃]
      K — 换热器的传热系数               [W/m·℃]
      Q — 冷热流体间单位时间交换的热量   [W]
冷热流体间的平均温差△T常采用对数平均温差。对于工业上常用的顺流和逆流换热器,对数平均温差由下式计算

式中:△Tmax — 换热器两端冷、热流体间的温差的较大者
      △Tmin — 换热器两端冷、热流体间的温差的较小者
换热器两端冷、热流体间的温差及每一种流体中的温度分布如图a、图b所示。

当比值△Tmax/△Tmin小于或等于1.7时,对数平均温差可简单的用算术平均温差来代替,即
除了顺流和逆流按公式(2)计算平均温差以外,其他流动形式的对数平均温差,都可以由假想的逆流工况对数平均温差乘上一个修正系数得到。修正系数的值可以由各种传热学书上或换热器手册上查得。
换热器实验的主要任务是测定传热系数K。实验时,由恒温热水箱中出来的热水经水泵和转子流量计后进入实验换热器内管。在热水进出换热器处分别用热电阻测量水温。从换热器内管出来的以被冷却的热水仍然回到热水箱中,经再加热供循环使用。冷却水由自来水经转子流量计后进入换热器套管,在套管中被加热后的冷却水排向外界,一般不再循环使用。套管外包有保温层,以尽量减少向外界的散热损失。冷却水进出口温度用热电阻测量。通常希望冷热侧热平衡误差小于3%。
实验中待各项温度达到稳定工况时,测出冷、热流体进出口的温度和冷、热流体的流量,就可以由下式计算通过换热面的总传热量

式中:M1、M2 — 冷、热流体的质量流量  [kg/s]
      Cp1、Cp2 — 冷、热流体的比热   [kJ/kg·℃]
      T1′、T1″ — 热流体的进出口温度
T2′、T2″ — 冷流体的进出口温度
由算得的传热量和对数平均温差及已知的换热面积,便可由公式(1)计算出传热系数K。
三、换热器实验台实验装置:

实验台由控制面板、顺、逆流换向阀、热水箱、热水泵、冷水热水流量计及控温测温电路、套管换热器、列管换热器、板式换热器等组成。(如下图所示)
1.冷水泵  2冷水箱  3.冷水流量计  4.冷水顺逆流阀门组 5.列管式换热器 6.套管式换热器  7.板式换热器  8.热水流量计 9.热水箱 10. 热水泵 11 电加热器  巡检仪温度显示:T1-热水进口温度;T2-热水出口温度; T3-冷水进口温度;T4-冷水出口温度
四、换热器实验台实验步骤:
1、先将热水箱加满水,再在冷水入口接通自来水,冷水出口连通下水道,并调整好冷水流量,按顺流方式扳动顺逆流阀门手柄。
2、打开电源开关与手动加热开关,调整温度控制仪器使热水箱加热温度控制在50℃左右,打开水泵开关,并调整热水流量。整个加热系统全部靠自动控温。待冷热流体进出口温度稳定后,即可读取温度与流量数值,并做好记录。
3、切换成逆流流动方式,等显示温度稳定后,读取温度与流量数值,并做好记录。
4、对于板式散热器由于其流动状况近于叉流状况,建议只作顺流的一种实验就可以了。
5、实验结束后,切断全部电源,放掉积水。
五、实验要求:
1、按实验报告中的要求,进行计算,并整理好实验报告。
2、根据实验结果,分析两种流动方式的传热情况,就对数平均温差、传热系数、热效率进行对比,最后对本次实验结果予以分析。
六、实验数据:
实验数据记录表
换热器名称                          环境温度         ℃
  热流体 冷流体
顺逆流 进口温度
出口温度
流量计数
l/h
进口温度
出口温度
流量计数
l/h
           
           
           
顺流            
           
           
逆流            
           
           
           
           
           
 

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