实验四总传热实验课件

1、一、基本原理一、基本原理在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送一定的热量以满足工艺要求。换热器性能指标之一是传热系数K。通过对这一指标的实际测定，可对换热器操作、选用、及改进提供依据。 传热系数K值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式联立求解。 传热速率方程式 Q=K S tm K = Q /S tm 对于整个换热器，其热量的衡算式为 Q = wh(Hh1-Hh2) = wc(Hc1-Hc2)Q损 如果换热器中的流体均无相变，且流体的比热容不随流体温度变化而为常数时， 即 Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1）Q损 若实验设

2、备保温良好，Q损可忽略不计，所以 Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1） S传热面积（这里基于外表面积）， m2； tm为换热器两端温度差的对数平均值，即冷、热流体的初、终温各自相同时，逆流的tm较并流时的tm大，推动力：逆流并流，逆流时冷热流体用量少。当时，可以用算术平均温度差()代替对数平均温度差。由上式所计算出口的传热系数K为测量值K测。（t中较大的为t2，较小t1） 212tt1212lntttttm212tt 传热系数的计算值K计可用下式进行计算： 两流体通过管壁的传热包括： 当壁厚一样时，di=d0=dm 当管壁和垢层的热阻可以忽略不计时，上式可简化成： K主要决定于流

3、体的物性、传热过程的造作条件及换热器的类型。SiRK1110计000111iiiK理计 本实验装置为一套管换热器，采用冷水热水系统，流程如图4-4所示。 12345678910111调节阀 2转子流量计 3铜电阻 4换向阀 5套管换热器 6仪表箱7温度显示仪 8转子流量计 9热水罐 10管道泵 11排气阀实验装置设有逆流和并流（报告上应标明流向）两种流程，通过换向阀门改变冷水的流向，进而测得两流体逆流或并流流动时的总传热系数。2主要设备仪表规格 套管换热器：内管为紫铜管，管径do=6mm；换热管长度l=1.075m； 测温装置：Cu50型铜电阻配以数字温度显示仪；意义：电阻50欧姆 热水发生器

4、：2196mm，材质为不锈钢；加热器功率：1kW，由智能程序控温仪控制并显示其中温度； 流量计：LZB15转子流量计，范围：0160L/h； LZB25转子流量计，范围：0400L/h。3.测量参数 1）Wh，Wc，流量转子流量计 2）温度铜电阻（果场温度变化小，需要测量精度高的仪器，若精度低可能测不出温差） 3）特征尺寸d,l设备名牌标出 1.熟悉流程、管线，检查各阀门的开启位置，熟悉各阀门的作用。 流程：确定逆流并流，谁走管内谁走管外。（冷水走管内，热水走管外。为什么这样安排？） 2.将热水发生器水位约维持在其高度的2/3，把换向阀门组调配为逆流。 3.打开总电源开关，通过智能程序控温仪设

5、定加热器温度，通电加热并启动管道泵，开启热水调节阀调节热水流量为定值。（加热温度应控制在40C） 4.当热水发生器温度接近设定值时开启冷水离心泵和出口阀，调节冷水阀使冷水流量为定值。实验过程中注意开启冷水槽上水阀勿使槽内水位下降太多。 5.待冷、热水温度稳定后，记录冷、热水的进出口温度。（传热平衡，稳定后计录数据，实验存在热损失，Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1）Q损，当Q热 Q冷 10时，即可产生剧烈湍流，一般总传热系数可高达30008000W/M2.K。端部温差小 逆流换热，可达到1的端部温差。热损失小 只有板片边缘暴露，不需保温，热效率98%。适应性好，易调整 通过改变板

6、片数目和组合方式即可调节换热能力，与变化的热负荷相匹配。 流体滞留量小，对变化反应迅速，拆装简单，容易维护 板片是独立的单元体，拆装简单，可将密封垫密闭的板片拆开、清洗。结垢倾向低 高度紊流、光滑板表面，使积垢机率很小，且具自清洁功能，不易堵塞。低成本 使用一次冲压成型的波纹板片装配而成，金属耗量低，当使用耐蚀材料时，投资成本明显低于其他的换热器。缺点：处理能力不大，操作压力比较低，一般不超过20atm，受垫片耐热性的限制，操作温度不能太高，一般合成橡胶垫不超过130，压缩石棉垫圈也不超过250。 螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺旋状而构成的。卷制后，在器内形成两条相互

7、隔开的螺旋形通道，在顶、底部分则焊有封头和两流体进出口接管。其中有一对进出口接管是设在园周边上，而另一对进出口则设在园鼓的轴心上。换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。 按流道布置和封头形式可分为： I 型结构：两个螺旋通道两侧完全焊接封闭，不可拆。两流体均作螺旋运动，通常冷流体由外周流入，热流体从中心流入，形成完全逆流流动。主要用于液体与液体之间的传热。II 型结构：一个螺旋通道焊接封闭，另一通道的两侧敞开。一流体作螺旋形流动，另一流体则作轴向流动。适合于两流体的流量相差很大的场合。常做蒸汽冷凝器、气体冷却器使用。III 型结构：一流体作螺旋形流动，另一流体则是轴向流动

8、和螺旋流动的组合，适用于蒸汽的冷凝和冷却。传热系数高 由于离心力的作用，可在较低Re数下出现湍流(Re=1400-1800)，允许流速可达2m/s，故传热系数较高，如水对水的换热，传热系数可达2000-3000 W/（m2K）。不易堵塞 由于流速较高，又是在螺旋流道内流动，能较好的发挥流体对板面的冲刷作用，因而流体中的悬浮物不易沉积下来。由于流道长，可为完全逆流，便于控制温度和利用低温热源，操作时允许较低的温度差，因此，在一些低温差传热的场合，采用螺旋板换热器比较合适。结构紧凑，制造简便，单位体积设备内的传热面积约为列管式换热器的3倍。 操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作

9、压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400以下。不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间泄漏或其他故障，设备即告报废。 在两块平行金属板之间夹入波纹状金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体；将各单元体进行不同的叠集和适当地排列，再用钎焊予以固定，形成逆流、并流和错流的板翅式换热器组装件(芯部或板束) ；将带有进、出口的集流箱焊接到板束上。特点：传热效果更好、结构更为紧凑。我国目前最常用的翅片形式主要有光直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片。传热效果好 板翅促进湍流，破坏传热边界层的发展，总传热系数高，同时冷、热流体间换热不仅以平隔板为传热面，而且大部分热量通过翅片换热，

10、因而具有很高的传热速率。结构紧凑 单位体积换热器提供的传热面积一般能达到2500m2，最高可达到4300m2，而列管式换热器只有160m2。轻巧牢固 由于结构紧凑，通常用铝合金制造，在相同的传热面积下，其重量仅为列管式换热器的十分之一，波纹翅片不仅是传热面，又是两板间的支撑，故强度很高。适应性强，操作范围广 由于铝合金的导热系数高，特别适合于低温和超低温条件下的换热。 流道很小，容易堵塞而使压降增大。换热器内一旦结垢，清洗和检修困难，故处理的物料应较清洁或预先进行净制。由于平隔板是用薄铝片制成，故要求流体对铝不发生腐蚀。 结构：在管子外表面上装有径向或轴向翅片。用途：适用于两种流体的给热系数相

11、差很大的场合，例如水蒸气和空气间的换热，传热过程的热阻主要集中在空气一侧，若空气在管外流动，则在管外装置翅片，既可增大空气侧的传热面积，又可促进空气湍动，使传热系数和传热面积的乘积 KA 值增大，从而提高换热器的传热速率。 翅片与光管的连接应紧密无间，否则会在连接处产生很大的接触热阻。常用的连接方法有镶嵌、缠绕或高频焊接，其中焊接最为密切，但加工费用较高。 翅片盘管换热器空调机组表冷器组合式铝合金散热器（T形翅） 核心：计算换热器的传热面积S=Q/Ktm（1）确定流动路径，由传热任务计算Q，Q = SKtm换热器本身的能力, Q = Whcph(T1-T2)传热本身的热负荷（2）确定流体进、出口温度，一般由工艺条件规定。热流体温度 T1 T2由工艺条件确定冷流体温度 t1当地气温 t2根据经济衡算确定（3）选定换热器形式，计算定性温度，查取流体物性，计算平均温差