蒸汽冷凝时的传热系数实验研究

1、河北农业大学本科毕业设计 设计题目 蒸汽冷凝时给热系数和换热系数的测定实验平台设计 学 校 河北农业大学 学 院 机电工程学院 专业班级 热能与动力工程1002 学生姓名 马 东 学 号 2010214090216 指导教师 闫震 教师职称 讲师 日 期 2014年6月 II 摘 要在我们生活着的大千世界中发生着各种各样的过程，其中与人类的生存关系最为密切的物理过程之一就是热能的传递，这是我们生产和生活中普遍存在的物理现象，传热学历经长久的发展已经有了飞跃的进步，传热的研究主要针对于我们生活中温度的强化和削弱以及温度控制问题，而这些过程中传热系数的研究更是重中之重，本设计立足于传热系数在传热学

2、领域中的重要作用，同时为了将理论和实践相结合，加强对知识的理解和变通同时提高对理论知识的实际应用，主要从传热的发展历史，系统原理，系统结构，组件选择，实验环节等几个方面入手，该设计主要针对两个部分进行设计，即管路系统结构设计和控制系统设计，管路系统以及控制系统中又针对主要组件如蒸汽发生器，气液分离器，热电偶，压力表等等进行设计和选型，在选型过程中在满足实验所需条件的情况下充分考虑了组件的实用性和性价比，力求经济性和简洁性，为了让系统设计既能完成数据的准确测定简洁的看到工作原理，其主要结构将采用开放式。关键词：发展史；结构设计；组件选择。 Abstract Place in the wider

3、world we live in a variety of processes , one of which the survival of the human relationship with the physical process is most closely heat transfer , which is prevalent in our production and life physical phenomena , heat academic development has been a long leap of progress in the study of heat t

4、ransfer is mainly for our lives to strengthen and weaken the temperature and temperature control problems, and to study these processes in heat transfer coefficient is a top priority , the design based on the important role of the heat transfer coefficient in the field of heat transfer , and in orde

5、r to combine theory and practice to strengthen the understanding of knowledge and work while improving the practical application of theoretical knowledge , mainly from the development history of heat transfer , systems theory several aspects of the system architecture , component selection, labs and

6、 other aspects of the design of the main design for the two parts , namely piping system design and control system design , piping systems, and control systems but also for major components such as the steam generator case , a gas-liquid separator , thermocouples, pressure gauges , etc. design and s

7、election, the selection process to meet the required conditions of the experiment in full consideration of the practicality and cost components , and strive economy and simplicity , to allow accurate determination of both the complete system design is simple to see that the data works , it will use

8、the main structure open .Keywords : history ; structural design ; component selection .Keywords: history of development;structure design;component selectionI 目 录摘要 IAbstract II第1章 绪论1.1传热学的发展简述 11.2应用领域分析21.3设计目的与原则 3第2章 系统分析2.1功能分析 42.2结构分析 42.3原理分析 42.3.1从定义层面分析表面传热系数 42.3.2从数学描述层面分析表面传热系数 52.3.3用

9、数学模型分析通过圆筒壁的传热过程计算 62.3.4套管换热器传热过程平均温差的计算 7第3章 系统设计 3.1系统结构拟定 10 3.2管路系统设计 11 3.2.1蒸汽发生装置选择 11 3.2.2气液分离器选择11 3.2.3换热器选择 13 3.3控制系统设计 14 3.3.1热电偶选择 14 3.3.2温度巡检仪选择153.3.3接点压力表选择153.3.4安全阀的选择 16第4章 实验环节4.1实验操作流程 184.2测试方法 184.3涉及公式 194.4注意事项 19第5章 设计总结20致谢 21参考文献 第1章 绪论1.1传热学的发展简述18世纪30年代首先从英国开始的工业革命

10、促进了生产力的空前发展。生产力的发展为自然科学的发展和成长开辟了广阔的道路。传热学这一门学科就是在这种大背景下发展成长起来的。导热和对流两种基本热量传递方式早为人们所认识，第三种热量传递方式则是在1803年发现了红外线才确认的，它就是热辐射方式。三种方式基本理论的确立则经历了各自独特的历程。在批判“热素说”确认热是一种运动的过程中，科学史上的两个著名实验起着关键作用。其一是1798年伦福特钻炮筒大量发热的实验，其二是1799年戴维两块冰块摩擦生热化为水的实验。确认热来源于物体本身内部的运动开辟了探求导热规律的途径。19世纪初，兰贝特、毕渥和傅里叶都从固体一维导热的实验研究入手开展了研究。180

11、4年毕渥根据实验提出了一个公式，认为每单位时间通过每单位面积的导热热量正比例于两侧表面温差，反比例于壁厚，比例系数是材料的物理性质，1807年傅里叶提出了求解场微分方程的分离变量法和可以将解表示成一系列任意函数的概念，得到学术界的重视。1812年法国科学院以“热量传递定律的数学理论及理论结果与精确实验的比较”为题设项竞奖。经过努力，傅里叶于1822年发表了他的著名论著“热的解析理论”，成功地完成了创建导热理论的任务。他提出的导热定律正确概括了导热实验的结果，现称为傅里叶定律，奠定了导热理论的基础。流体流动的理论是对流换热理论的必要前提。1823年纳维提出的流动方程可适用于不可压缩性流体。此方程

12、1845年经斯托克斯改进为纳维斯托克斯方程，完成了建立流体流动基本方程的任务。然而，由于方程式的复杂性，只有很少数简单流动能进行求解，发展遇到了困难。这种局面一直等到1880年雷诺提出了一个对流动有决定性影响的无量纲物理量群之后才有改观。这个物理量群后被称为雷诺数，1881年洛仑兹自然对流的理论解，1885年格雷茨和1910年努谢尔特管内换热的理论解及1916年努谢尔特凝结换热理论解分别作出了贡献，只是为数不多。具有突破意义的进展要推1909和1915年努谢尔特两篇论文的贡献。他对强制对流和自然对流的基本微分方程及边界条件进行量纲分析获得了有关无量纲数之间的原则关系。开辟了在无量纲数原则关系正

13、确指导下，通过实验研究求解对流换热问题的一种基本方法普朗特于1904年提出的边界层概念。他认为，低粘性流体只有在横向速度梯度很大的区域内才有必要考虑粘性的影响，这个范围主要处在与流体接触的壁面附近，而其外的主流则可以当作无粘性流体处理。这是一个经过深思熟虑、切合实际的论断。在边界层概念的指导下，微分方程得到了合理的简化，有力地推动了理论求解的发展。1921年波尔豪森在流动边界层概念的启发下又引进了热边界层的概念。1930年他与施密特及贝克曼合作，成功地求解了竖壁附近空气的自然对流换热。数学家与传热学家合作，发挥各自的长处，成为科学研究史上成功合作的范例。在热辐射的早期研究中，认识黑体辐射的重要

14、意义并用人工黑体进行实验研究对于建立热辐射的理论具有重要作用。1889年卢默等人测得了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。19世纪末斯蒂芬(J，Stefan)根据实验确立了黑体辐射力正比于它的绝对温度的四次方的规律，后来在理论上被玻耳兹曼所证实。这个规律被称为斯蒂芬玻耳兹曼定律。热辐射基础理论研究中的最大挑战在于确定黑体辐射的光谱能量分布。1896年维恩通过半理论半经验的方法推导出一个公式。这个公式虽然在短波段与实验比较符合，但在长波段则与实验显著不符。几年后，瑞利从理论上也推导出一个公式，此公式1905年又经过金斯改进，后人称它为瑞利金斯公式，这个公式在长波段与实验结果比较符合而在短波段则与实验

15、差距很大，而且随着频率的增高，辐射能量将增至无穷大，这显然是十分荒唐的。瑞利金斯公式在高频部分即紫外部分遇到了无法克服的因难，简直是理论上的一场灾难，因此被称为“紫外灾难”。“紫外灾难”的出现使人们强烈地意识到，原先以为已经相当完美的经典物理学理论确实存在着问题。问题的解决有赖于观念上新的突破。普朗克决心找到一个与实验结果相符的新公式。经过艰苦努力，他终于在1900年提出了个公式。其后的实验证实普朗克公式与实际情况在整个光谱段完全符合。在寻求这个公式的物理解释中，他大胆地提出了与经典物理学的连续性概念根本不同纳新假说，这就是能量子假说。1859和1860年基尔霍夫的两篇论文提供了解答。虽然他在

16、1860年论文中的证明是针对单色和偏振辐射的，然而它的重要意义正在于对全光谱辐射的推广。其二是物体间辐射换热的计算方法。由于物体之间的辐射换热是一个无穷反射逐次削弱的复杂物理过程，计算方法的研究有其特殊的重要意义。1935年波略克借鉴商务结算提出的净辐射法，1954年霍特尔提出、1967年又加以改进的交换因子法以及1956年奥本亥姆提出的模拟网络法，是三种受到重视的计算方法。他们分别为完善此类复杂问题的计算方法作出了贡献。1.2应用领域分析从以上发展简史可以看出，传热学已经发展成为一门理论体系初具和发展充满活力的基础学科。它在生产发展的推动下成长。同时，它的建立和发展反过来又促进生产的进步发展

17、。当前，能源技术、环境技术、材料科学、微电子技术、空间技术等新兴科学技术的发展，向传热学提出了新的课题和新的挑战。可以相信，传热学在迎接时代新挑战的过程中，必将获得更大的发展，取得更加辉煌的成就，传热学的普适性不仅表现为在能源动力、石油、冶金、化工、交通、建筑建材、机械、食品、轻工、纺织、医药等传统工业部门中，而且传热学的理论和技术在生产、科学研究等领域也得到了广泛的应用。传热学理论的应用解决了决定这些部门生产过程的热工艺技术，对一些关键技术的解决起了重要的甚至是决定性的作用，蒸汽冷凝过程中传热和给热系数的测定广发应用于各种工程领域中，电站汽轮机装置中的凝结器，锅炉炉膛中的水冷壁，冰箱与空调中

18、的冷凝器与蒸发器，化工装置中的再沸器都是实例应用。1.3设计目的 规划 原则设计目的: 本设计将大型用于实际生产的设备通过设计精简结构做成原理相同，可用于大学教课实验环节的简单实验平台设计。此实验平台设计将围绕两部分进行设计且实现能够测定并计算包括计算有相变得对流传热过程中传热系数和给热系数。总体规划：该实验平台总体主要有两大部分组成即管路结构与控制系统组成，本设计主要研究传热学的基本相关原理研究设计其内部结构。设计原则：追求数据精确，结构精简 ，原理明了，操作方便，的基本原则。 第2章 系统分析2.1 功能分析本装置拟定由电蒸汽锅炉、套管换热器、蒸汽冷凝罐、流量测试设备、固体调压模块、多路巡

19、检仪等组成。可测定蒸汽在冷凝过程中传热系数和给热系数，使学生加深理解蒸汽冷凝现象的规律及影响凝结换热的因素，了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。系统采用敞开式设计，将控制系统、管路系统直接展现出来，器件贴有名称标识，学生可直观认识各种元器件及了解系统的工作流程。利用套管换热器来测量蒸汽在水平管内（管外为自来水时）冷凝时传热系数和给热系数。设有电流型漏电保护、过流保护、过载保护、接地保护，可对人身及设备进行有效保护。2.2 结构分析基于该实验平台所要实现的功能，其主要部件设计拟定如下：电源、蒸汽发生装置、套管、管路、测温部件、压力表、阀门、气液分离器、冷凝器、量筒、水箱等，控制系统由8个热电

20、偶采集各点的温度。分别为蒸汽进口温度、蒸汽出口温度、凝水水温、冷水进水口水温、冷水出水口水温、套管换热器内壁中间与两头共三处温度测试点；蒸汽发生器加热采用固体调压模块无级调节控制，多路巡检仪显示测量温度。2.3原理分析2.3.1从定义层面对流传热表面传热系数在传热学中热能传递的主要方式有三种即热传导、热对流、以及热辐射，蒸汽冷凝过程中主要涉及到热传导和热对流。热传导是指物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子原子以及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递；热对流是指热量通过流动介质，由空间的一处传播到另一处的现象；物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。在这里我

21、们主要涉及到热传导和热对流。一般对流分为内部流动和外部流动其主要区别是流动边界层与流道壁面之间的相对关系不同，外部流动换热壁面上的流体边界层可以自由发展不受流道壁面的阻碍和限制因此外部流动中往往存在一个边界层外的区域，在那里速度和温度梯度都可以省略，而内部流动中则相反流体流动收到流道壁面的限制，故其换热规律有明显区别。就引起流动的原因而言，对流传热可分为自然对流和强制对流两大类，自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的，例如暖气片附近空气向上流动，若是其流动原因为水泵或者风机的使用造成的则为强制对流，在工程上，蒸汽在冷表面上的凝结的对流传热问题就是我们所研究的凝结传热，其基本计算公式是牛

22、顿冷却公式 q=h(tf-tw) (2-1)t f 为壁面温度 t w 为流体温度，如果把温差记为 t并约定其永远取正值。则牛顿冷却公式可表示为 q=ht (2-2) =hAt (2-3)式中，比例系数h 称为表面传热系数或称为对流换热系数 单位W/(m2 K),此式子是计算对流传热的速率方程。但是我们要知道表面传热系数的大小与对流传热过程中的许多因素有关，它不仅仅取决于流体的物性以及换热面积的大小，形状，与布置，而且还与流速有密切关系所以上式并没有解释影响表面传热系数的种种复杂因素的具体关系式而是仅仅给出表面传热系数的定义。本设计立足表面传热系数的定义采取相关数据进行测定与计算即 h=/(A

23、t) (2-4)此公式可用于计算蒸汽冷凝时给热系数的计算2.3.2从数学描述方法及物理本质层面研究传热过程和传热系数一般我们说，热量由壁面的一侧流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称为传热过程，注意这里的“传热过程”一术语有着明确的含义，它与一般性论述中把热量传递过程统称为传热过程不同，接着我们研究冷热流体通过一大块平壁交换热量的传热过程，从而导出传热过程的计算公式并讨论分析仅限于稳态过程，一般来说传热过程分为三个环节 1从热流体到壁面高温侧的热量传递2从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递 3从壁面低温侧到冷流体的热量传递，由于稳态过程，通过串联着的每个环节的热流量应该是相同的。设平壁面积为A参

24、照图1即可得到三个环节的热流量的表达式如下：图1 通过平壁的传热过程 =Ah1(tf1tw1) (2-5) =A/(tw1-tw2) (2-6) =Ah2(tw2tf2) (2-7)将三式联立消去tw1,tw2整理后的 =A(tf1-tf2)/(1/h1+/+1/h2) (2-8)或者 =Ak（tf1-tf2） (2-9)式中k称为传热系数，单位为W/( m2 K)。数值上它等于冷热流体间温差t=1C，传热面积A=1 m2时的热流量的值，表征传热过程强烈的标尺，大则说明传热强烈反之则不强烈，但是传热系数的大小不仅仅取决于参与传热过程中的两种流体的种类，还与本身有关比如流速密度等等，上式即为传热

25、方程式，鉴于传热过程总是包含两个对流传热环节 把此方程式中的K称为总的传热系数。即 K=/A（tf1-tf2） (2-10)233用数学模型分析通过圆筒壁的传热过程计算 由于圆筒内外壁的表面积不相等，所以对内外侧而言的传热系数在数值上是不同的，下面对管长为l的一段圆管的传热过程来做分析，参照图2： 图2 通过圆管的传热管子内半径为ri,外半径为r。 内径和外径为di和d。 管壁材料为导热系数为 管子内外侧的复合表面传热系数分别为hi和h。 内外壁温为twi和tw。 管子内外流体的温度分别为tfi和tf。 传热过程三个环节不再赘述，稳态条件下通过各个环节的热流量 不变的各个环节的温度差表示如下：

26、 tfi-twi=/(hidil) (2-11) twi-tw。=/(2l)ln(d。/di) (2-12) tw。-tf。=/h。d。 (2-13)由以上三式可得 =l（tfi-tf。）/（1/（hidi）+1/2ln(d。/di)+1/（h。d。） (2-14)对外侧面积而言的传热系数由下式表示 =kA。（tfi-tf。）=kd。l（tfi-tf。） (2-15)有上述两式对比即可得出套管换热器 K=1/(d。/(hidi)+d。/（2）ln（d。/di）+1/h。) (2-16)顺流顺流逆流图3 套管换热器2.3.4套管换热器传热过程平均温差的计算套管换热器有顺逆流两种形式如上图当人也就

27、有两种形式平均温差的计算，一种为逆流换热器的平均温差计算，一种为顺流换热器平均温差计算，在这里我们简单介绍一下应该如何处理逆流时平均温差的计算过程。 换热器的传热公式如下 vvv K=/A（tf1-tf2）另tm=（tf1-tf2） (2-17)Dtm 为换热器的传热平均温差。如何确定换热器的传热平均温差是平均温差法的首要任务。假设：（1） 两侧流体的质量流量qm1、 qm2与比热容c1、c2沿换热面保持常数；（2） 传热系数沿换热面为常数；（3） 换热器没有散热损失；（4） 忽略换热器壁面沿流动方向的轴向导热，一般也不考虑进出口的动能和位能的变化。由此建立以下图4：图4 顺逆流时冷热流体的温

28、度变化如上图中第二幅图逆流，我们研究微元换热面dA一段的传热，在dA两侧冷热流体的温度分别为t2及t1温差为t即t=t1-t2沿传热变化关系获得了t沿x方向的变化关系后，对全长做积分即可求得平均值，我们从热平衡关系与传热方程另个角度来寻找其依变关系式在微元面积dA两侧冷热流体温差 t=t1-t2 (2-18)通过其微元面dA的热流量 d=ktdA (2-19)热流体放出这份热量后温度下降t1则 d=-qm1c1dt1 (2-20) 同理对于冷流体有 d=-qm2c2dt2 (2-21)从而有 d（t）=（1/(qm1c1)-1/(qm2c2)）d (2-22)通过积分等多不计算计算最后得到 t

29、m=t-t/ln(t/t) (2-23)此式即为换热器传热过程中对数平均温差。 第3章 系统设计3.1系统结构装置拟定设计(1)如图5实验平台结构主要由、水平试验管、电热蒸汽发生器、连接管路、计量水箱、电接点压力表、测温电热偶、测温仪表、机壳及脚轮等组成，实验时接电源和上下水即可使用。(2)在试验台下不得供水阀处连接橡胶软管，接通自来水向锅炉注水，注完水之后记得关闭锅炉注水阀，作为实验时候的冷却水用，电接点压力表用于控制蒸汽蒸汽压力，其压力根据实验需要对压力进行控制设置，以保证实验的安全和正常运行。(3)在实验管子的内壁面（轴向均布）埋着三支热电偶，在冷流体及蒸汽的进出口也分别设置了热电偶，热

30、电偶测量到温度信号，通过实验台前面板上的测温仪读出温度数值，通过温度巡检仪，可分别读出所有热电偶测量的温度数据，经过记录计算可得出蒸汽在水平管内冷凝（管外为自来水）时的传热系数和给热系数。5-15-25-35-7610-310-210-1310-710-65-610-410-5 9 8 1 1110-910-1010-8 4 72 325-55-4自来水 图5 管路结构图1 蒸汽发生器； 2 电接点压力表；3 安全阀；4 汽水分离器；5 热电偶；6 压力表；7 试验管组；8 凝结水液位保持器；9 冷却器；10 阀门；11计量水箱蒸蒸汽汽外壳结构拟设计如下3.2管路组件的选择图6 外壳结构 3.

31、2管路系统设计3.2.1蒸汽发生装置的选择 蒸汽发生器主要是按照燃料分类的，可分为电蒸汽发生器、燃油蒸汽发生器、燃气蒸汽发生器等。锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度等。由于本设计只是供学生课堂实验用，所需蒸汽发生器的功率和供热面积以及其外形尺寸无需做很大要求只需满足实验需要以及安全需要即可，故选择沈阳科龙电热公司生产的DRGL-1型电蒸汽发生器，其相关参数如下3.2.2气水分离器的选型虽然分离器的设计多种多样，但它们的目的都是除去不能通过疏水阀排掉的悬浮在蒸汽中的水分。一般用于蒸汽系统中的分离器有三种形式。 （1）挡板型 - 挡板或折板式分离器由很多挡

32、板构成，流体在分离器内多次改变流动方向，由于悬浮的水滴有较大的质量和惯性，当遇到挡板流动方向改变时，干蒸汽可以绕过挡板继续向前，而水滴就会积聚在挡板上，汽水分离器有很大的通流面积，减少了水滴的动能，大部分都会凝聚，最后落到分离器的底部，通过疏水阀排出。 （2）汽旋型 - 汽旋或离心型分离器使用了一连串肋片以便产生高速气旋，在分离器内高速旋转流动的蒸汽。 （3）吸附型 - 吸附型分离器内部的蒸汽通道上有一个阻碍物，一般是一个金属网垫，悬浮的水滴遇到它后被吸附，水滴大到一定程度后，由于重力作用落到分离器底部。结合汽旋和吸附两种形式的分离器也很常见，由于结合了这两种方法整个分离效率会有所提高。挡板式

33、、汽旋式和吸附式分离器的主要不同是，挡板式分离器在较大的流速范围内可以保持很高的分离效率，而汽旋式和吸附式分离器的分离效率只有在蒸汽速度13m/s以下才能达到98%，否则效率会很低，蒸汽速度为25m/s时，其分离效率大概仅为50%。研究表明，挡板式分离器在10m/s 到30m/s的流速之间分离效率可接近100%，所以说如果有较大的速度波动，挡板式分离器用于蒸汽系统更为合适，况且如果管道选小，湿蒸汽的速度可超过30m/s。解决这一问题的方法之一是增大汽水分离器的口径以及分离器上游管道口径，以减小进入汽水分离器的蒸汽流速。因此我们选择具有挡板式分离器特点的汽水分离器，下面是对旋风式汽水分离器的原理

34、特点以及适用范围的简介（1）ZCQF气水分离器工作原理u如图图7所示通过五级分离降速、离心、碰撞、变向、凝聚等原理，除去压缩空气（气体）中的液态水份和固体颗粒，达到净化的作用。湿气在冷却过程中冷凝后，在分离器中的挡板廹使气体改变方向二次，并以设计好的速度旋转，产生离心力高效地分离出液体和颗粒，排水器应及时排放出冷凝液。（2）ZCQF气水分离器产品特点1.除水效率高：可除去99%的液态水份，油份。2.体积小、重量轻。3.安装方便，管道式连接、可悬挂安装。4.免维护、可靠性好。5.按1.6-2.5MPa额定压力制造，安全可靠。（3）ZCQF气水分离器应用范围1.压缩空气冷凝水分离回收2.蒸汽管线冷

35、凝水分离3.气液混合部位的进/出口分离图7 ZCQF气水分离器 4.真空系统中冷凝水分离排放 5.水冷却塔后的冷凝水分离6.地热蒸汽分离器通过上述简单介绍我们可以发现ZCQF气水分离器很适合作为本系统中气液分离器的选择，而且在市场中的价格不高，性价比较好，因此根据其规格表格我们选择ZCQF2/1 ，相关参数如下型号进出气口DN处理量m3/min外形尺寸mm排污口尺寸EFGHZCQF2/1G20223025090180G1/23.2.3换热器换热器选择换热器的分类 ： 1换热器按照结构形式可分为：固定管板式换热器、浮头式换热器；U形管换热器；填料函式换热器 2固定管板式换热器又分为 间壁式换热器

36、 混合式换热器 3坚壁式换热器又分为夹套式换热器沉浸式蛇管换热器喷淋式换热器，套管式换热器套管等等。具体介绍如下：（1）夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。（2）沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承

37、受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。（3）喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。（4）套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一

38、种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。 板式换热器：最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个

39、过程的1/3-1/2）.主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m2.K。综上所述我们可以看到：套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。套管换热器拥有的这些特点正好迎合我们实验设备设计的需要条件，因此我们在这里选择套管换热器。在这里 我们选用材质为铜的套管换热器内外直径定为30mm和60mm。3.3控制系统设计3.3.1 热电偶选择 常用热电偶可分为标准

40、热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶中国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。 我们选择时考虑的基本问题：从理论上讲，任何两种不同导体（或半导体）都可以配制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求是多方面的。为了保证工程技术中的可靠性，以及足够的测量精度，并不是

41、所有材料都能组成热电偶，一般对热电偶的电极材料，基本要求是： 1、在测温范围内，热电性质稳定，不随时间而变化，有足够的物理化学稳定性，不易氧化或腐蚀； 2、电阻温度系数小，导电率高，比热小； 3、测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系； 4、材料复制性好，机械强度高，制造工艺简单，价格便宜。结合当今市场上经常用到得型号我们选择T型热电偶又称铜-康铜热电偶(铜/镍铜热电偶,分度号T,测量范围-200+350)，它是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能

42、通用，尽管它们都叫康铜，铜-铜镍热电偶的测量温区为-200350满足我们的要求。技术参数如下：直径 /mm使用最高温度（摄氏度）长期短期0.2-0.31502000.5-0.82002503.3.2温度巡检仪选择 在本次设计中有多个温度测量点，为了方便测定设定点温度，我们选择多路温度巡检仪来完成任务，多路巡检仪采用先进的微电脑技术及芯片，性能可靠，抗干扰能力强，与各类传感器、变送器配合使用，可对多路温度、压力、液位、流量、重量等工业过程参数进行巡回检测、报警控制、变送输出、数据采集及通讯，综合价格等因素在此我们选择 北京信方华泰工业技术有限公司提供的型号为XFHT-T2000的四路温度巡检仪型号各个参数如下：供电电压：直流：10-30VDC支持反极性保护交流：150-260 VAC。静态功耗：2W 温度信号输入：PT100铂电阻或PT1000、CU50等。测温范围：-145+350；输入路数：4路、8路、12路、16路，继电器数量：4路，AHH,AH,AL,ALL。继电器触点：220V5A 通信接口：RS485/RS232/以太网接口设备尺寸：16080153。开孔尺寸：152x76。图8 温度巡检仪3.3.3接点压力表选择电接点压力表由测量系统、指示装置、磁助电接点装置、外壳、调节装置及接线盒等组成。当被测压力作用于弹簧管时，其末端产生相应的弹性变形 位移，经传动机