热工综合实验-实验指导书.pdf

热工综合实验指导书 何 涛 编 刘建华 审 机械工程实验教学中心 1 目 录 实验一、气体定压比热的测定.2 实验二、稳态平板法测定绝热材料导热系数.7 实验三、强迫对流单管管外放热系数测定.11 实验四、大容器沸腾换热系数测定.18 实验五、换热器综合实验.21 2 实验一 气体定压比热的测定 一、实验目的 1.熟悉测定气体比热过程中测温、测压、测热量、测流量的方法。2.了解气体比热测定装置的基本原理和构思。3.分析实验系统中产生误差的原因及减少误差的可能途径。从而增加热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，以利于培养分析问题和解决问题的能力。4.综合运用湿空气、定压比热等方面的知识，验证空气的定压比热在 0300温度条件下与温度近似呈线性关系，培养综合应用能力。二、实验设备 风机、LML1 型湿式气体流量计、秒表、比热仪本体、功率调节器、功率表、干湿球温度计、U 型玻璃管压力计、水银气压计、玻璃管水银温度计、电源。整套装置由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节器及测量系统组成。如图一示，为一开口系统。比热仪本体如图二所示。空气由风机经流量计送入比热仪本体，经过加热、均流、混流、测温后流出。出口温度由输入电加热器的电压调节。本装置可以测 300以下气体的定压比热。3 三、参数测量 1.用胶管将比热仪本体与流量计、节流阀、风机连通。2.连接功率表和调压器。3.选择合适的温度计插入混流网的凹槽中。4.接通电源，开动风机，调节流量达最大值。45.在加热器没工作的情况下，调节节流阀使流量保持每 10 升气体通过流量计所需时间在5560 秒之间。6.启动电热器开始工作，缓慢提高电压，使出口温度上升。7.待系统工况稳定后（出口温度在 10 分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定）测量下列数据：每 10 升气体通过流量计所需时间（秒）；比热仪进口温度和出口温度；当场大气压；流量计出口处的气体表压；电热器的加热功率；8.提高电热器功率，使出口温度上升，系统达到新的平衡后，重复步骤 7 的工作。调节功率时，每次提高电热器功率 2W,一般需 25 分钟左右可平衡。9.将每次的测量参数添入表一中。表一 实验数据记录表 当场大气压 B=mmHg 流量计出口气体表压力 h=OmmH2 1 2 3 45 6 7（秒）Q(W)2t()1t()ot()wt()四、数值计算和公式整理 1.根据空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的含湿图查出含湿量 d(g/kg干空气)，由下式计算出水蒸气的容积成分：622/1622/ddrw+=（1）2.干空气流量 50.TRVPGggg=（2）)15.273(1.28710001032.133)6.13)(1(0+=thBrw kg/s =)15.273()6.13/)(1(10644.403+thBrw kg/s 3.水蒸气流量 0.TRVPGWWW=（3）=)15.273(5.46110001032.133)6.13(0+thBrw kg/s 4.水蒸气吸收的热量KJ/s+=21)0004886.08439.1(.ttWWdttGQ （4）)(0002443.0)(8439.1 212212.ttttGW+=5.干空气的定压比热KJ/kg.pmC21tt=)()(12.12ttGWttgggQQGQ=（5）6.比热随温度的变化关系 设在0300之间，空气的定压比热与温度之间近似有线性关系，则从1t到2t的平均定压比热为 pmC21tt=1221)(ttdtbtatt+（6）=221ttba+6 因此，若以221tt+为横坐标，pmC21tt为纵坐标，则可根据不同温度范围内的比热确定截距a和斜率b，从而得出比热随温度变化的计算式。五、实验注意事项 1 无气流通过时，切勿使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪本体。2 气体出口温度不得超过300 3 加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而损坏。4 停止测试时，要先切断电热器电源，让风机继续运转十五分钟左右，温度较低时可适当缩短时间。待比热仪本体内温度降到40以下时，关掉风机。5 注意用电安全。7实验二 稳态平板法测定绝热材料导热系数 一.实验目的 1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。2.测定试验材料的导热系数。3.确定试验材料导热系数与温度的关系。二.实验原理 导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用试验方法来测定，如果要分别考虑因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定试验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差t 成正比，和平板的厚度成正比，以及和导热系数成正比的关系来设计的。我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳定导热量为 FtQ=w 测定时，如果将平板两面的温差LRttt=、平板厚度、垂直热流方向的导热面积F和通过平板的热流量Q测定以后，就可以根据下式得出导热系数：FtQ=)/(CmW 需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：)(21LRttt+=C 在不用的温度和温差条件下测出相应的值，然后将值标在t 坐标图内，就可以得出)(tf=的关系曲线。8三.实验装置及测量仪表 被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为3003002mm，实际导热计算面积F为2002002mm，板的厚度为2mm，平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通过自来水）来实现的。在中间2002002mm部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即2002002mm之外的四侧）设有四个辅助加热器（14），利用专用的温度跟踪控制器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度一致，以免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度t1(或t2)和水套冷面的中心温度t3(或t4)用四个热电阻（埋设在铜板上）来测量：辅助加热器1和辅助加热器2的热面也分别设置两个辅助热电阻t5和t6（埋设在铜板的相应位置上），其中一个辅助热电阻t5(或t6)接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电阻t2（或t1）的温度讯号相比较，通过跟踪器使全部辅助加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，可以通过热电阻t1(或t2)和热电阻t3(或t4)测量出一个试件的两个表面的中心温度。也可以再测量一个辅助热电阻的温度，以便与主热电阻的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况。温度是利用巡检仪测量的，主加热器的电功率可以用电功率表或电压表和电流表来测量。附试验台主要参数 1.试验材料：2.试件外型尺寸：3003002mm 3.导热计算面积F：2002002mm（即主加热器的面积）4.试件厚度：（实测）5.主加热器电阻值：6.辅加热器（每个）电阻值：7.热电偶材料：镍铬鏮铜 8.试件最高加热温度：80C 9四.实验方法和步骤 1.将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。2.联接和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源：而两个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路（实验台上已联接好），并按图2所示联接到辅助加热器上。电压表和电流表（或电功率表）应按要求接入电路。将主热电阻之一t2（或t1）接到跟踪控制器面板上左侧的主热电阻接线柱上，而将辅助热电阻之一t5(或t6)接到跟踪控制器上的相应接线柱上。把主热电偶t1(或t2)、水套冷面热电阻t3(或t4)和辅助热电阻t5(或t6)都接到热电阻的接线柱上。3.检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电阻是否正常完好。4.接通加热器电源，并调节到合适的电压，开始加温，在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵（或接通自来水），向上下水套通入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这个过程中可以适当调节主加热器电源、辅助加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状态。待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电功率W（或电压V和电流I）读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。5.一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，既调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试得到另仪共况的稳定测试结果。调节的电功率不宜过大，一般在510W为宜。6.根据实验，进行多次共况的测试。（共况以从低温到高温为宜）。7.测试结束后，先切断加热器电源，经过10分钟左右再关闭水泵（或停放自来水）。五.实验结果处理 实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量（即主加热器的电功率）：Q=W（或IV）W 10W主加热器的电功率值 W I主加热器的电流值 A V主加热器的电压值 V 由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件1和试件2）传导，所以 ）（或VIWQQQ=212221 W 试件两面的温差：LRttt=C tR试件的热面温度（即t1或t2）C tL试件的冷面温度（即t1或t2）C 平均温度为 2LRttt+=C 平均温度为t时的导热系数：)(2()(2FttVIFttWLRLR=或 Cmw/将不同平均温度下测定的材料导热系数在t坐标中得出t的关系曲线，并求出)(tf=的关系式。试验材料：聚氯乙烯 事件外型尺寸：300300mm2 事件导热面积：200200mm2(即主加热器面积)事件厚度：20mm 主加热器电阻值：100 辅加热器电阻值：425 热电阻材料：PT100 精度 0.1 度 自编数据记录表格 11实验三 强迫对流单管管外放热系数测定 一、实验目的：1、测定空气横向流过单圆管表面时的放热系数。2、根据对受迫运动放热过程的相似分析，将实验数据整理成准则方程式。3、通过相似原理的实际应用，加深对相似原理的了解。4、学习用热电偶测量温度用电压电流测量功率及用比托管测流量的实验技术。5、计算机在测试技术方面的应用。二、实验原理 根据牛顿公式物体表面对流放热量 Qc 可用下列计算：FttQfwc=)(w （1）式中：tw圆管表面平均温度；tf实验段前后流体的平均温度；F圆管表面积m2，ldF=；d、l 分别为圆管的直径和长度；放热系数；w/m2 因此：ldttQfwc=)(w/m2,（2）根据相似理论，强迫流动时放热现象的准则方程式为；根据实验研究可知，流体横向流过单圆管表面时，一般可将准则方程式整理成下列形式：25.038.0=rwrfrnefufRPPRCN （3）上式中定性温度为流体平均温度 tf，定型尺寸为管子直径、流速采用流体过圆管时最窄处的流速。1225.0rurfPP是考虑热流方向而附加的修正项。对于空气 Pr常数，故准则方程式为：nefufRcN=（4）式中常数 C和 n 可由本实验确定。本实验是在空气被加热的情况下进行的。圆管内加热器所产生的热量Q是以对流换热 Qc 和辐射 QR方式传出的。因此：RCQQQ=圆管表面的辐射放热量 QR可由下式计算：FTTcQfwbR=44100100 W （5）式中：为圆管表面黑度，=0.22 ；cb绝对黑体的辐射系数,cb=5.67 w/m2k4；Tw、Tf分别为圆管表面和流体的平均绝对温度，K。由以上分析可知，实验的中心问题是必须测量以下几个物理量：圆管放热量 Q；管壁温度tw；流体温度 tf；管子直径 d，管子长度 l 和空气流速 u。在不同工况下测量以上数值，将每一工况下 Ref值与 Nuf值表示在对数坐标图上：用 Y 表示 lgNuf，用 X 表示 lgRef，每一对 Ref及 Nuf的值可以在图上确定一点，将这些点连成一条直线，此直线的方程可以表示为：nXAY+=即：efufRncNlglglg+=式中：Ac=lg 13gtn=为直线和横坐标之间夹角的正切。因此：实验曲线可用下面方程来表示：nefufRcN=nRNcefuf=故：c之值可以通过曲线上任一点处 Nuf与 Ref的数值计算出来。三、实验设备：实验装置主要由一简单的风洞和量热器组成。风洞是用有机玻璃制成的正方形流道尺寸为ab(mm)。为了避免涡流的影响，风道内表面持光滑。当风机启动后，室内空气经过吸入口被吸入风洞内。吸入口做成双扭线形以保证进出口气流平稳并减少损失，并且使进口处气流速度分布均匀。在吸入口后连接入口段和工作段。在工作段中有被研究的圆管（同时也是量热器）、加热前流体的测温热电偶、加热后流体的测温热电偶。在工作段之后有一支测量流速的比托管、插板阀、引风机。插板阀用以调节流量。为减少风机振动对风洞内的速度场的影响，工作段之后的风道用亚麻布软管与风机相接。风洞内毕托管与差压变送器相连接后可用来测量流速。工作段前后的空气温度，即 tf1、tfa，用热电偶来测量。下图为量热器简图。图 1 量热器简图 1.电源线 2.压紧螺母 3.保护盖 4.固定板 5.绝热层 6.绝热层 7.铜管 8.绝缘层 9.加热器 量热器用铜管做成，管内有电加热器，用交流电加热。电热器所消耗的功率即是圆管表面所放出的热量。圆管表面温度 tw用焊在管壁上的四对热电偶测量。电路及测量系统如图 4 所示：14四、实验步骤 在熟悉实验装置后可把线路接好，调整好测量仪表，经教师检查许可后方可开始实验，实验步骤如下：1、先关闭插板阀，再合上风机马达的电源，使用风机在空载下起动，然后根据需要开启插板阀，以调节风量。待稳定后启用计算机数据采集系统。2、合上电加热器电源，调节输出电压（不能超过 150 伏）在某一定工况下加热。3、加热约 15 分钟后观察各热电偶的电势直到稳定为止，（壁面温度在 3 分钟内保持读数不变即认为到稳定）然后用计算机数据采集系统测量各热电偶的电势。4、保持加热器功率不变，调节插板阀改变风量至另一数值重复步骤 3。5、实验中应注意以下几点：（1）正确调整使用比托管；（2）必须待风机起动后再合上加热器电源而实验结束时应先停止加热再停风机。（3）实验完毕应经教师检查同意后方可离去。五、实验结果的整理：整理实验结果时必须采用稳定状态下的数据。平均放热系数的数值可用下式计算：ldttQQfwR=)(w/m2 （6）式中：Q电加热器所消耗的功率（W）Q=IU；U加热器中的电压降，（V）；I加热器中的电流强度，（A）；d 及 l圆管的直径及长度，(m)；QR辐射放热量，按式（5）计算。tw管壁的平均温度（用每一对热电偶所对应温度的平均值）。tf流体的平均温度.15雷诺准则：vwdRe=中流速 w 为风洞工作段截面上的平均流速（即流体过圆管时最窄截面处的流速）。wcp的计算：wcp流体通过比托管时，比托管所在处流体的流速 m/s。该流速是通过差压变送器测量出其动压头然后用下式进行计算出的。ahgcpw=2 m/s （7）式中：h比托管所在处风洞截面上测点动压头，单位 Pa。整理数据时应注意以下几点：1、tf应为加热前后流体温度的平均值，即)(211faffttt+=，但1ft，tfa相差很小，一般8.04.01ffatt左右，因此 tf的变化对空气的物性参数影响不大，为整理数据方便起见选量热器前空气温度 tf，做为定性温度。2、应将速度换算成为圆管所在最窄截面处的速度，根据连续性方程：bcpFwFw=式中：wcp比托管所在截面之平均流速m/s；w铜圆管所在处最窄面处的流速m/s；F,Fb分别为风洞、比托管所在截面及圆管所在最窄截面处的面积m2。六、实验记录 基本数据：实验设备号：第 台，管子直径：d=0.032 m 管子长度：l=0.3 m；圆管散热面积：F=m2 比托管压力修正系数=1.37 流量修正系数 17.1=16所用热电偶种类：测量仪表名称：自编数据记录表格 17实验四、大容器沸腾换热系数测定 一、试验目的及要求 通过本试验观察水在大容器内沸腾的现象。建立起水泡状沸腾的感性认识。改变试件的热负荷，同时测定加热功率及表面温度，即可绘制大容器内水泡状沸腾区的沸腾曲线。二、基本原理 大容器沸腾换热系数h由下式定义：)(sattqh=(W/m2.K)其中：q试件表面的热流密度，W/m2；at试件表面温度，st工作介质的饱和温度，本试验装置所用的试件是不锈钢管，放在饱和温度状态下的蒸馏水中。利用电流流过不锈钢管对其加热，可以认为这样就构成了表面有恒定热流密度的圆管。测定流过不锈钢圆管的电流及其两端的电压降即可准确地确定表面的热流密度。表面温度的变化直接反映出表面放热系数的大小。三、试验装置及测量系统 图 1 为试验设备的本体，其试件为不锈钢管 1，其两端引入低压直流大电流，将不锈钢管加热。管子放在盛有蒸馏水的玻璃容器 3 中，在饱和温度下，改变管子表面的热负荷，能观察到泡泡的形成，扩大，跃离过程；泡状核心随着管子热负荷提高而增加的现象。管子的发热量由流过它的电流及其工作段的电压降来确定。为减小试件端部的影响，在 a、b 两点测量工作段的电压降，以确定通过 a、b 之间表面的散热量 Q。试件外壁测度at，很难直接测定，对不锈钢管试件，可利用插入管内的铜康铜热电偶 2 测出管内壁温度 t1，再通过计算求出at（详见后面的计算）。要达到上述基本要求，整个试验装置见图 2。加在管子两端的直流低压大电流由硅整流器 2 供给，改变硅整流器的电压可调节铜管试件两端的电压及流过的电流。测定标准电阻 3 两端的电压降可测定流过不锈钢管试件 1 的工作电流。本试验台中为方便起见，省略了冰瓶，测量管内壁温度的热电偶的参考点温度不是摄氏零度，而是容器内水的饱和温度st，即其热端 7 放在管子内，冷端 8 放在蒸馏水中，所以热电偶反映的是管内壁温度与容器内水温之差的热电势输出)(1sttE。容器内水温st用水银温度计测量。为了能用一台电位差计 6 同时测定管内壁热电偶的毫伏值、试件 a-b 间电压降及标准电阻 18的电压降，有一转换开关 5。在测量试件 a-b 间电压降时，由于电位差计量程不够，故在电路中接入一台分压箱 4。为使蒸馏水达到饱和温度，试验前先用辅助电热器 9 将水加热沸腾，并保持其沸腾状态，即可进行试验。表 1 试件的几何参数 参数 单位 试件编号 1#2#管子内半径1r 管子外半径2r 管子壁厚 工作段 a-b 间长度 L 工作段外表面LrF22=系数=)ln21(4112212221rrrrrL mm mm mm m2 m/W 作泡状沸腾换热试验时，选用其中任何一种直径的不锈钢管皆可。四、试验步骤 1、准备与启动。按图 2 将试验装置测量线路接好，调整好电位差计，使其处于工作状态。玻璃容器内充满蒸馏水至 4/5 高度。接通辅助电加热器。将蒸馏水烧开，并维持其沸腾温度。启动硅整流器，逐渐加大工作电流。2、观察大容器内水沸腾的现象。缓慢加大管子的工作电流，注意观察下列的沸腾现象；在不锈钢管试件的某些固定点上逐渐形成气泡，并不断扩大，达到一定大小后，气泡跃离管壁，渐渐上升，最后离开水面。产生气泡的固定点称为汽化核心。气泡跃离后，又有新的气泡在汽化核心产生，如此周而复始，有一定的周期，随管子工作电流增加，热负荷加大，管壁上汽化核心的数目增加，气泡跃离的频率也相应加大，如热负荷增大至一定程度后，产生的气泡就会在壁面逐渐形成连续的汽膜，这时，就开始由泡态沸腾向膜态沸腾过渡。此时壁温会迅速升高，以至将管子烧毁。（试验中，工作电流不允许过高，以防出现膜态沸腾而烧坏试件。）。3、测定换热系数h 为了确定换热系数h，需要测定下列参数 （1）容器内水的饱和温度st,；（2）标准电阻两端电压降 V1，mV；（3）管子工作段 a-b 段的电压降 V，V；（4）反映管内壁温度与容器内水温之差的热电势输出)(1sttE，并由)(1sttE确定管外 19壁温度at。为了测定不同热负荷下换热系数h的变化，工作电流在 30100 安培范围内变化，共测试7-8 个工况。每改变一个工况，待稳定后才记录上述数据。4、试验结束前先将硅整流器旋至零值，然后切断电源。5、必要时可调换不同直径的不锈钢管子，进行上述试验。五、试验的计算和整理 1、电流流过试验管，在工作段 a-b 间的发热量 Q；Q=IV W 式中：V工作段 a-b 间电压降，（V）；I流过管子试件的电流，（A）。2、试件表面热负荷q：FQq/=W/m2 式中 F工作段 a-b 间的表面积，（m2）3、管子外表面温度at的计算 试件为圆管时，按有内热源的长圆管，其管外表面为对流放热条件，管内壁面绝热时，根据管内壁面温度可以计算外壁面温度：QtrrrrrLQtta=1122122211)ln21(4 式中：不锈钢管导热系数，=16.3W/(m.k)Q工作段 a-b 间的发热量，（W）；L工作段 a-b 间的长度，（m）；计算系数，)ln21(4112212221rrrrrL=/W 4、泡态沸腾时换热系数h：sattqtFQh=W/(m2.K)在稳定情况下，电流流过试验管发生的热量，全部通过外表面由水沸腾放热而带走。六、实验报告要求及注意事项 实验报告要求：1、在方格纸上，以q为纵坐标，t为横坐标将各试验点绘出，并连成曲线。2、将实验结果与逻森瑙(Rohsennow)整理推荐的泡态沸腾热负荷q与温差t的关系式：203,21)()(slrlwswlpVllrPCttcgrq=W/m2 wt-不锈钢管试件表面温度，st-工作介质的饱和温度，。进行比较，分析讨论系数lwC,变化带来的影响。3、在方格纸上绘制 h-t曲线。注意事项：1、预习实验报告，了解整个试验装置各个部件，并熟悉仪表的使用，特别是电位差计，必须按操作步骤使用，以免损坏仪器。2、为确保试验管不致烧毁，硅整流器的工作电流不得超过 100 安培，以防试验管及硅整流器损坏。表 8.1 实验原始数据记录及参数计算 项目 序号 参数 符号及计算公式 工况单位 123 4 5 6 7 81 沸腾水泡和温度 st 2 管内壁温与水温之差)(1sttE mV 3 试件 a-b 间电压经分压后测得的值 V2 mV 4 5 6 7 8 9 10 11 12 标准电阻两端电压降 管内壁温度 管子 a-b 间电压降 管子工作电流 管子放热量 管子外温度 管子表面热负荷 沸腾放热温差 水沸腾换热系数 V1 1t V=TV2 I=V1 Q=VI at=1t-Q FQq/=sattt=)/(tFQh=MV V A W W/m2 W/(m2.K)所用试验管号 试验管直径：D1=系数 工作段长度：L=最大允许工作电流；工作段表面积：F=21实验五 换热器综合实验 换热器性能测试试验，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、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、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。实验装置如图 1：图 1 实验装置简图 1.热水流量调节阀 2.热水套管、列管、板式换热器调节阀门组 3.热水转子流量计 4.换热器热水出口压力计 5.换热器热水进口压力表 6.电压表 7.巡检仪 8.A 相电流表 9.B 相电流表 10.C 相电流表 11.冷水进口压力表 12.水泵及加热开关组 13.冷水出口压力计 14.冷水转子流量计 15.冷水套管、列管、板式换热器调节阀门组 16.冷水流量调节阀 17 逆顺流转换阀门组 18、温度控制仪表.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。一、实验目的：1 熟悉换热器性能的测试方法；2 了解套管式换热器，列管式换热器和板式换热器的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 实验装置：本实验装置采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验；如工作原理图 2 所示。换热形式为热水冷水换热式。本实验台的热水加热采用电加热方式，冷热流体的进出口温度采用巡检仪，采用温控仪控制和保护加热温度。实验台参数：221、换热器换热面积F：（1）套管式换热器具 0.45m2（2）板式换热器 0.11 m2（3）列管式换热器 1.05 m2(4)玻璃热管换热器 0.028 m2 2、电加热器总功率：4.8KW。3、冷、热水泵：允许工作温度：80；额定流量：3m3/h；扬程：12m；电机电压：220V；电机功率：120W。4、转子流量计型号：型号：LZB-15；流量：40-400 升/小时；允许温度范围：0-80。三 实验操作：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），并尽可能地调小热水流量到合适的程度；23（2）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）；（3）用巡检仪观测温度（计算机采集带变送输出）。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实验数据记录表中；（4）如需要改变流动方向（顺-逆流）的试验，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）进行试验，或需要重复进行试验时，都要重新安排试验，试验方法与上述实验基本相同，并记录下这些试验的测试数据。（5）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。实验数据记录表 换热器名称：环境温度 t0 热 流 体 冷 流 体 顺 逆 流 进口温度T1（）出口温度T2（）流量计读数 V1（l/h）进口温度t1（）出口温度t2()流量计读数 V2（l/h）顺 流 逆 流 四 实验数据处理：1、数据计算 热流体放热量：Q1=Cp1m1T1-T2 W 冷流体吸热量：Q2=Cp2m2t1-t2 W 平均换热量：221QQQ+=W 热平衡误差：%10021=QQQ 对数传热温差：1=T2-T1/InT2/T1=T1-T2/InT1/T2 传热系数：K=Q/F1 W/m2 24式中：Cp1，Cp2 热，冷流体的定压比热 J/Kg m1，m2热，冷流体的质量流量热 Kg/s T1，T2热流体的进出口温度 t1，t2冷流体的进出口温度 T1=T1-t2 T2=T2-t1 F换热器的换热面积 m2 注热、冷流体的质量流量 m1，m2是根据修正后的流量计体积流量读数 V1 V2再换算成的质量流量值。2、绘制传性能曲线，并作比较：（1）以传热系数为纵坐标，冷水（热水）流速（或流量）为横坐标绘制传热性能曲线；（2）对三种不同型式的性能进行比较。注意事项 1 热流体在热水箱中加热温度不得超过 80；2 实验台使用前应加接地线，以保安全。3 水泵应在一星期要启动一次，以防止水泵因转轮和外壳间隙小而有水垢粘死。思考题：1、试比较列管式换热器、套管式换热器、板式换热器的特点及优缺点。2、根据测试结果和四种换热器的结构特点、换热方式，分析其影响换热系数的因素。根据测试方法和实验结果，分析产生误差的原因。