气-气热管换热器实验指导书

气—气热管换热器换热性能测试实验【引言】热管起源于二十世纪六十年代，是一种具有特高导热性能的新型传热元件。热管理论一经提出就得到了各国科学家的高度重视，并展开了大量的研究工作，使得热管技术得以迅速发展。我国自二十世纪80年代以来相继开发了热管气－气换热器、热管气－水换热器、热管余热锅炉、热管蒸汽发生器、热管热风炉等各类热管产品。热管换热技术因其卓越的换热能力及其他换热设备所不具有的独特换热技术在航空、化工、石油、建材、轻纺、冶金、动力工程、电子电器工程以及太阳能等领域得到了广泛的应用。【实验原理】典型的热管由管壳、外部扩展受热面（散热器）、端盖组成。它的下部是由一根高效换热管组成的换热系统，上部则是内部真空的散热器壳体组成的重力热管系统。其工作原理是：热水流过换热管时，把热能交换到液体工质中，液体工质在极小的热阻下迅速蒸发汽化扩散到散热器上部，整个散热器达到很高温度并向外散热。气体工质在散热的同时冷凝为液体工质，并依靠自身重力回流到壳体底部，继续进行下一个相变传热循环。热管的传热原理决定着热管具有以下基本特性：较大的传热能力，热管巧妙的组织了热阻较小的沸腾和凝结两种相变过程，使它的导热系数高达紫铜导热系数的数倍以至数千倍；优良的等温性，热管内腔的气体是处于饱和状态，饱和气体由蒸发段流向冷凝段的压力差很小，因而热管具有优良的等温性；不需要输送泵及密封润滑部件，结构简单，无运动部件和噪音。热管组成的热管换热器具有以下优点：热管换热器可以通过换热器中的隔板使冷热工质完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏，不会导致冷热流体的掺杂。所以热管换热器具有很高的可靠性，适用于易然、易爆、腐蚀等流体的换热过程；热管换热器的冷、热流体完全分开流动，比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，且两侧受热面均可采用扩展受热面。用于品位较低的热能的回收非常经济；热管换热器可以通过调整热管结构尺寸，扩展受热面形式，解决换热器的磨损堵灰问题。带有腐蚀性的烟气的余热回收时使用热管换热器，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。【实验目的】1．熟悉热管换热器实验台的工作原理和使用方法。2．了解热管换热器换热量与风温、风速及热管倾斜角度等参数的关系。掌握气一气热管换热器性能的测试方法，换热量Q和传热系数K的计算方法。实验装置】

实验台主要由翅片式（铝轧片管）热管换热器、电加热器组、冷热端风机、风量调节阀门、测速笛形管、数显式测温系统和工作台等组成，其结构特点如下：（1）热段空气采用循环系统，系统升温快、省电。（2）热风电加热系统分三组控制。其中一组可无级调节，温度调节灵活、稳定。（3）采用数显式测温系统，具有快速、准确、方便等特点。（4）实验台可绕支点向前方旋转90度，热管换热器倾斜角度为0和90可直接卡在限位挡板上，其它角度可利用换热器顶部的铁链挂在前部限位挡板上的位置进行调节。这样既可测定热管换热器热端空气温度、空气流速等参数与换热量的关系，还可进行热管倾斜角度对热管工作性能影响的测定。实验台的结构如下图所示图1气—气热管换热器性能测试实验台的结构简图1.冷端风机2.测温点3.热管组4.笛形管 5.风量调节6.图1气—气热管换热器性能测试实验台的结构简图1.冷端风机2.测温点3.热管组4.笛形管 5.风量调节6.热风机7.热风调节8.电加热器组9.笛形管10.热风循环管道11工作台旋转台12.仪表盘实验台主要机构尺寸如下：1）冷、热端热管结构参数：图2热管冷、热端结构图2）冷、热端测速段风管截面积（D=120mm）

F=FF=F'LRnD2~4~m2（3）热管换热器冷或热端传热表面积（按14根热管计算）F=F=3.18m2（或根据直径计算）LR（4）排列形式：14根3列竖向、叉排。【实验内容与测量】1．简述实验原理及过程；绘制换热器性能测试系统原理图；2．稳定运行条件下，测量冷端和热端空气在换热器进出口处的温度，冷热端空气流速、流量。3．分析实验数据，计算换热器的总传热系数，对数平均传热温差和热平衡误差等，绘制传热性能曲线（以传热系数为纵坐标，空气流量、换热器角度等为横坐标绘制传热性能曲线）；4．比较分析不同循环风量，热管换热器不同布置方式（角度变化），不同工况的传热状况和性能5．分析实验数据误差结果，简述实验收获及对实验装置的改进意见。【实验步骤与数据记录】将电源插头插在插座上，合上总电源开关，数据巡检仪显示。开启热端风机开关，调节热端循环风量（利用风机进口处的风量调节板，改变其面积来进行调节）打开三组电加热器（电热器开关受热端风机开关控制，只有当热端风机开启后才能接通电加热器开关）。调节热风温度，使其趋近并达到稳定。热端进风温度是用电加热器开关的开启数量（即接通电加热器的数量）和电加热器的调压旋转钮来进行调节。电加热器组分三级（2KW、1KW、0~1KW）进行控制，其中一组可利用调压旋钮进行无级调节（顺时针旋转为升压，反之为降压）。观察热风温度，待该温度达到（或接近）实验预期值时，开启冷端风机开关，并利用其出风口处的旋转调风阀改变其开口大小来调节冷端风量。在第一个实验工况点稳定后即可开始记录数据。记录冷、热端笛形管压差及各测点空气温度值，记录工作每隔2~3分钟进行一次，取三次读值的平均值作为该点工况的测试数据。依次调整可调参数（整个实验可将可调参数在调节范围内均匀地分成3~5个工况点进行测定），重复上述步骤，测定和记录其它工况点的数据。实验结束后，首先停止电加热器工作，5分钟后停止冷、热端风机工作，切断电源。实验台可进行以下三种状态实验：（1）热管换热器垂直放置，固定冷、热端空气流量，改变热端空气进口温度（温度调节范围：60〜100°C)（2）热管换热器垂直放置，固定热端空气进口温度，同步改变冷、热端空气流量（亦可单独改变冷端或热端空气流量）。（3）固定热端空气温度及冷、热端空气流量，改变热管换热器倾斜角度。

操作注意事项】注意：热管换热器工作温度（热风进口温度）为60~1OO°C，切勿超温使用，以防损坏热管。停止电加热器工作后，冷、热端风机继续工作五分钟后切断电源。实验数据处理】1冷端空气流量! 2(P-P)[m/s][m3/s][m/s][m[m/s][m3/s][m/s][m3/s][W][W][W]L\Lp1 L流量： VL=FLVL2.热端空气流量' 2(P-P)流速： V= R Rj-R\RpTOC\o"1-5"\h\z1 R流量： VR=FRVR3•冷端换热量 Q =1005V p (T —T)L LLL2 L14•热端换热量 Q =1005V p (T —T)R RRR2 R1Q+Q5.平均换热量 Q二笔R热平衡误差Q-Q

A=Mr=lx100%Q传热系数FAtR式中：PL，PR—冷、热端测速段全压[Pa]LRPLj，PRj—冷、热端测速段静压[Pa]LjRj△PL,△PR—冷、热端测速笛形管压差[Pa]LRE=1.005,g=1.006—冷、热端测速段笛形管压差修正系数LR£,£—冷、热端测速段笛形管流量修正系数，取1.05LRp，p—冷、热端测速段空气密度[kg/m3]LRTL1,TL2—冷端空气进出口温度 [C]TR1,TR2—热端空气进出口温度 [C]A——传热温差AtA