换热器综合实验(实验六)讲解

1、动力工程学院研究生实验报告题目：换热器综合实验学号：20121002012姓名：毛娜教师：王宏动力工程学院中心实验室2013年7月报告内容一实验背景换热器在工业生产中是经常使用的设备。热流体借助于传热壁面，将热量传 递给冷流体，以满足生产工艺的要求。本实验主要对应用较广的间壁式换热器中 的三种换热：套管式换热器螺旋板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。 其中，对套管式换热器和螺旋板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性 能测试，而列管式换热器只能作一种流动方式的性能测试。通过实验，主要达到 以下目的：1、 熟悉换热器性能的测试方法；2、 了解套管式换热器，螺旋板式换热器和列管式换热器的

2、结构特点及其性能 的差别；3、 加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识。二实验方案（一）实验装置实验装置简图如图1所示：图1实验装置简图1.热水流量调节阀2.热水螺旋板、套管、列管启闭阀门组3.冷水流量计4.换热器进口压力表5.数显温度计6.琴键转换开关7.电压表 8.电流表 9.开关组7.热水浮子流量计10.冷水出口压力计 11.冷水螺旋板、套管、列管启闭阀门组12.逆顺流转换阀门组13.冷水流量调节阀换热器性能试验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热 平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能 进行比较和分析。本实验装置采用冷水可用

3、阀门换向进行顺逆流实验；如工作原理图2所示换热形式为热水一冷水换热式。热水加热采用电加热方式，冷一热流体的进出口 温度采用数显温度计，可以通过琴键开关来切换测点。注意事项： 热流体在热水箱中加热温度不得超过 80C； 实验台使用前应加接地线，以保安全。1.冷水泵 2.冷水箱 3.冷水浮子流量计 4.冷水顺逆流换向阀门组 5.列管式换热器6.电加热水箱8.回水箱 9.热水泵 10.螺旋板式换热器11.套管式换热器(二)实验台参数1、换热器换热面积F:(1) 套管式换热器：0.45m2(2) 螺旋板式换热器：0.65 m2(3) 列管式换热器：1.05 m2图2换热器综合实验台原理图2、电加热器总

4、功率：9.0KW3、冷、热水泵：允许工作温度：80 C；额定流量：3m3/h;扬程：12m；电机电压：220V; 电机功率：370W。4、转子流量计型号：型号：LZB-15; 流量：40400升/小时； 允许温度范围：0-120 C。(三)实验步骤1、实验前准备：(1) 熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能；(2) 打开所要实验的换热器阀门，关闭其它阀门；(3) 按顺流(或逆流)方式调整冷水换向阀门的开或关；(4) 向冷-热水箱充水，禁止水泵无水运行(热水泵启动，加热才能供电)。2、实验操作：(1) 接通电源；启动热水泵(为了提高热水温升速度，可先不启动冷水泵) 并调整好合适的流量；(2)

5、调整温控仪，使其能使加热水温控制在 80r以下的某一指定温度；(3) 将加热器开关分别打开(热水泵开关与加热开关已进行连锁，热水泵启 动，加热才能供电)；(4) 利用数显温度计和温度测点选择琴键开关按钮，观测和检查换热器冷 热流体的进出口温度。待冷-热流体的温度基本稳定后，既可测读出相应测温点的 温度数值，同时测读转子流量计冷-热流体的流量读数；把这些测试结果记录在实 验数据记录表中；(5) 如需要改变流动方向(顺-逆流)的实验，或需要绘制换热器传热性能曲 线而要求改变工况如改变冷水(热水)流速(或流量)进行实验，或需要重复进 行实验时，都要重新安排实验，实验方法与上述实验基本相同，并记录下这

6、些实验的测试数据；(6) 实验结束后，首先关闭电加热器开关，5分钟后切断全部电源。三数据分析1、实验数据记录表环境温度tn =35 C表1实验数据记录表热流体冷流体进口温度Ti (C)出口温度T2 (C)流L量计读 数 V (l/h)进口温度 t1 (C)出口温度t2C )流L量计读 数 V (l/h)54.552.52004447.55556.852.819440.643.580顺 流57.353.31944143.39870.546.517045657171.55317051.267.2104套管式换热器逆 流73.550.51704869.390热流体冷流体进口温度T1 (C)出口温度T

7、2 (C)流L量计读 数 V (l/h)进口温度 t1 (C)出口温度t2(C )流L量计读 数 V (l/h)63.1601844950.27565.263.324349.750.585顺 流68.863.51804749.86561.642.819540.952.37061.342.925041.253.867列管式 换热器逆 流60.943.218540.756.680热流体冷流体进口温度T1 (C)出口温度T2 (C)流L量计读 数 V (l/h)进口温度 t1 (C)出口温度t2(C )流L量计读 数 V (l/h)81.171.814645.446.713576.570.41454

8、5.346.3150顺 流77.37114045.547.68078.747.514046.369.88078.34712046.867.290螺旋板式换热器逆 流80.947.311846.668.61202、数据计算(1)计算公式热流体换热量：Q, = gCpT, -T2)W冷流体吸热量：Q2二m2Cp2(ti “2)W平均换热量：Q二乩2W对数传热温差:-: T - : Ti- : T - : T?ln(=T2 /=Ti)ln(J / DC 热平衡误差:传热系数：K =W/(m2 C)Fd式中:Cp1 , Cp2热、冷流体的定压比热J/kg Cmi, m2热、冷流体的质量流量kg/sT1

9、, T2热流体的进出口温度C ti , t2冷流体的进出口温度C ATi= Ti-t2；T2= T2-tiC F 换热器的换热面积m2注意，热、冷流体的质量流量mi、m2是根据修正后的流量计体积流量读数 Vi、 V2再换算成的质量流量值。(2)将实验记录数据代入上述计算式中进行计算，可分别得到三种换热器在顺流 和逆流情况下的换热量、热平衡误差、对数传热温差及相应的传热系数，具体计 算结果如下表所示。环境温度t0 = 35 C表2计算结果类型顺逆流热流体换热量 Qi(W)冷流体吸热量 Q2(W)平均换热量 Q(W)热平衡误差也对数传热温差Ai(C )传热系数2K(W/m C)465.56224.

10、05344.800.707.41103.36903.18270.02586.601.0812.43104.85顺流903.18262.34582.761.1012.89100.434748.671652.723200.690.973.082310.343660.431936.712798.570.622.872166.29套 管 式逆流4550.812231.183390.990.683.282299.64663.88104.75384.321.4511.8230.97537.3779.14308.261.4914.1120.81列 管 式顺流1110.35211.83661.091.3617

11、.4436.11为横坐标绘制传热性能4266.82928.782597.801.284.66530.985353.89982.563168.221.383.91772.17逆流3811.151480.472645.810.883.32759.201580.33204.26892.301.5430.0945.621029.46174.58602.021.4227.5033.68顺流1026.55195.53611.041.3627.3934.335083.872188.113635.990.803.841455.654371.572136.903254.230.692.711844.78螺 旋

12、板 式逆流4614.593072.673843.630.404.051461.133、绘制传性能曲线，并作比较以传热系数为纵坐标，冷水（热水）流速（或流量） 曲线如图3和图4所示。冷水流（Lh）图3顺流时三种换热器性能曲线图4逆流时三种换热器性能曲线20608010012014010080T-算管 列誓7-咚盍板式60404、误差分析对实验结果进行分析，引起误差的原因归纳如下：（1）实验装置本身引起的系统误差；（2）测量误差：实验中发现冷出口温度一直没有办法维持在一个值上，可能 是测温器出现了问题，导致各组数据差距较大，得到的数据也有一定的问题，从 而使得最后的K值偏小；流量计的读数在实验过程

13、中一直不稳定，可能引起测量 的流量不准确；（3）计算误差：计算过程中对数据处理采用的方法也会造成一定的误差，如实验中未引入传热平均温差修正系数，可能导致最后求得的K值与实际值不符四实验结论1、 通过实验我们计算得出了相应的传热系数，并绘制出三种换热器在两种不 同流动方式下的传热性能曲线。但根据传热学知识分析，本实验得到的结果存在 较大的误差，三种不同的换热器的换热性能普遍较低。2、对比两种流动方式下的传热性能，可以发现三种换热器逆流时换热效果都比顺流时的换热效果要好，如套管式换热器，在顺流时传热系数在100200之间,而逆流时，其传热系数在20003000之间。3、 比较三种换热器，套管式换热器的传热系数最高，其次是螺旋板式换热器， 而列管式换热器最低。五改进方案及建议1、对实验装置进行改进：（1）温度测量方面：在测量冷热水进出口温度时，温度读数一直不停的改变，对计算结果造成误差；（2）流量测量方面：实验的不同工况就是通过改变流量实现，但是在某一工况进行中，流量计读数不能稳定， 一直在降低，这给实验结果造成了很大的误差；（3）阀门方面：实验装置的阀门过于陈旧，易误操作，从而引起实验的不准确，可以改进下实验装置阀门，如切 换流体流动方向可考虑用电磁阀等更方便操作的配件。这样能保证实验过程更加 顺利地进行，以达到减小实验误差的目的。2、对