顺逆流热交换试验

1、小M科技号悦ZHEJIANG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY热工综合实验报告学院：机械学院专业：能源与环境系统工程姓名（学号）：1141440056韦声1141440057 冯钺炼实脸原理：本实验是通过间壁式换热器进行传热实验，即冷、热两种流体分别在固体壁面两侧流动， 两流体不直接接触，通过固体壁面进行传热。.测定从传热系数h由于换热器内的冷热空气的温度和物性是变化的，因而在传热过程中的局部传热温 差和局部传热系数都是变化的，工程计算中，在沿程温度和物性变化不是很大的情况下， 通常传热系数K和传热温差A3均可采用整个换热器上的对数平均值，因此，对于整个 换

2、热器，传热速率方程可写为Q = h-AAtn即：k Qh =式中：Q美热速率，W；A-换热器的传热面积，m2 ;3-换热器两端的对数平均温差, :h-总传热系数，W/m2-o.传热效率Q的计算热空气传热量Qi mi *Cpi *(T 1 -T2)冷空气传热量：Q2=m2Cp2(ti-t2)考虑到冷空气走换热器的壳程，壳程的外表面存在热损失，因此上传热速率应以热空气 恻来计算。故 Q 二 Qi式中:Qi、Q2-热空气、冷空气传热速率，W ;m1、m2-热、冷空气的质量流量,kg/h ;T1I2-热空气的进、出口温度，七；V总-冷空气的进、出口温度，C ;Cpi,Cp2冷、热空气的定压比热，J/k

3、gC ,分别根据热、冷空气的定性温度T住、住查得，其中：.对数平均温度差Atm的计算其中：逆流时：A* =Trt2At2二丁2-6顺流时：岫二口-t2At2二丁2七.热空气质流，m的计算nv = cJooo式中：V热空气的体积流量，m3/h ;C 孔板流量计的校正系数，本实/中，0=1.6889 ;P孔板两侧差压变送器的读数，kPa。本实验中,可根据空气的温度和压力,应用理想气体状态方程来进行计算,即：式中：MA空气的摩尔质量，kg/kmol ;本实验中,MA=29.0 kg/kmol ; P0大气压，kPa ; P0=101.3 kPa ;R通用气体常数，kJ/(kmol-K);本实验中,R

4、=8.314kJ/(kmokK); T孔板处空气温度,Ko R通用气 体常数,kJ/(kmol-K);本实验中,R=8.314kJ/(kmol K);M=Vp实脸步辣1 .连接电源，开启电源总开关，电源指示灯亮，观察各电压表的示数是220V。运行 THXHR-5监控工程，通讯成功后，开始准备实典。.全开阀F6 ,启动无纸记录仪，在手动(M)调节状态下，将加热调节的比例输出操 作直MV设为40。启动热风机、空气加热器。.逆流实验：全开阀F3、F4 ,关闭阀F2、F5、F7 ,启动冷风机，调节阀F1、 F3 ,将流量调节至40m3/So.等待2min ,记录下当前实验数据。.按照步探4,固定冷、热

5、空气流量,取5组实验数据，将数据记录下来.顺流实验：全开阀门F2、F5，关闭阀门F3、F4、F7 ;通过控制阀F1和F2控 制冷空气进入换热器的流量为40 m3m左右。.重复步班4和5,并记录相应数据。.实验结束后，将无纸记录仪上的调压模块的比例输出设为0,依次关闭“空气加热 器、冷风机、热风机、无纸记录仪、电源总开关, 整理实验台。实脸中遇到的问题1,多组实验数据误差过大，运行情况不够稳定，也许是由于设备开机时间还不够长， 流场还未稳定，设备温度还未到底理想温度。.进入热交换器的冷测流体温度不够低，这是因为冷风机产生的热量未挺及时排出,导致冷测空气吸热，温度升高。.实验数据受外界因素影响过大

6、，不同时间点测得数据差异较大，所以每组数据得 出的换热系数的不确定度都比较大。.实验中出现冷空气入口处的压力随时间会逐渐升高，这很有可能和实验设备的构 造有关。5,由于设备构造，设备内空气的气压较低，导致空气密度小，从而影响换热的效率。实验数据处理顺流实验数据时间2016/09/12冷空气压力PI101(kpa )热空气压力PI102(kpa )冷空气流量FI01(m3/h )热空气入口温度105( )热空气出口温度TI105(O顺流冷空气入口温度TI102(七)顺流-冷空气出口温度TI102()20 : 35 : 35764076.964.444.755.120 : 39 : 2486407

7、7.164.345.055.220 : 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顺流实验我们一共测量了将近10组数据，但是很多数据由于误差过大所以没有采用， 以上是相对误差比较小的5组。从这些数据中我们可以看到冷空气压力一直在升高，有些 甚至超调现象，我们认为出现这种现象是因为设备启动后内部流场还没有稳定。相比而言， 空测空气就没有出现类似现象，这一点我们还没有很好的解释。热空气体积流量可以根据孔板

8、差压表给出的数据通过计算得出P = 12kg/m3P* 1000。= C = 49.3m3/iJ P热空气质量流量m=50.286kg/h通过热交换器的热空气的定性温度：T 住二(Ti+T2)/2=70,95=344.1K查的该温度下空气的比热容：Cp-1.008Kj/(kg-)计算得出顺流实验中热空气的换热率：Q=m*cp*(T1-T2)=623,5W逆流实验数据记录表时间冷空气热空气冷空气热空气入热空逆流-逆流-冷2016/09/12压力压力流量口温度气出冷空空气出PI101(kpa )PI 102(kpa )FI01(m3/h )TH 05( y )口温度TH 05()气入口温度TI10

9、2(G口温度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逆流实验中没有出现顺流实验中冷测气压不断升高的现象，可能是由于在采集数据的时段内设备运行处于稳态，内部流场稳定。热空气体积流量可以根据孔板差压表给出的数据通过计算得出p = 1.02kg/m3a

10、pTiooO q= C =46.3m3/i热空气质量流量m=47.226kg/h通过热交换器的热空气的定性温度：T 性二(Ti+T2)/2=66.93C查的该温度下空气的比热容：Cp-1.007Kj/(kg-) 计算得出逆流实验中热空气的换热率：Q=m*cp*(T1-T2)=837.95W从计算出的传热量中可以很清楚的看出逆流过程的换热量比顺流过程大很多。思考题.为什么实验过程中冷、热流体的换热量会不同？答：设备保温效果不理想，冷空气有更多热量被空气吸收。.为什么冷风机出口处的气压会随时间增长？答：可能是由于设备刚启动，内部流场还没有稳定，导致一些部位局部压力过大。.为什么热风机出来的热空气气压远远低于大气压？答：因为热风机出口不远有排风口，流失部分空气和压力。实睑心得本次实验，我见识到了热交换器顺流和逆流形式传热的差异，虽然设备不能