热交换器原理与设计热交换器的试验与研究.pptx
《热交换器原理与设计热交换器的试验与研究.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热交换器原理与设计热交换器的试验与研究.pptx(34页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 6.1 传热特性试验6.1.1 传热系数的测定传热系数的测定在换热器上进行冷、热水的顺、逆流实验,在换热器上进行冷、热水的顺、逆流实验,测得不同温度、流量,再进行换热计算。测得不同温度、流量,再进行换热计算。热流体放热量:热流体放热量:Q1=cp1 m1(t1 t1)冷流体吸热量:冷流体吸热量:Q2=cp2 m2(t2 t2)对数平均温差对数平均温差 tm:传热系数:传热系数:K=Q/(F tm)第1页/共34页图图6.1 水水水管套式热交换器实验系统水管套式热交换器实验系统1 电热水箱;电热水箱;2 水泵;水泵;3、11、12、13、14、19 阀门;阀门;4、10 流量计;流量计;5 内
2、管;内管;6 套管;套管;7 保温套;保温套;8 冷水箱;冷水箱;9水泵;水泵;15、16、17、18 温度测点;温度测点;20 电加热器电加热器第2页/共34页实验步骤1)了解试验系统、操作方法及测量仪表使用方法。了解试验系统、操作方法及测量仪表使用方法。2)接通热水箱电加热器的电源,将水加热到预定温度。接通热水箱电加热器的电源,将水加热到预定温度。3)启动冷、热水泵。启动冷、热水泵。4)根据预定的试验要求,分别调节冷、热水流量达根据预定的试验要求,分别调节冷、热水流量达 到预定值,然后维持在此工况下运行。到预定值,然后维持在此工况下运行。5)当冷、热水的进、出口温度均达稳定时,测量并当冷、
3、热水的进、出口温度均达稳定时,测量并 记录冷、热水流量及各项温度值。记录冷、热水流量及各项温度值。6)改变冷水改变冷水(或热水或热水)流量若干次,即改变运行工况,流量若干次,即改变运行工况,再进行再进行5的测量。的测量。7)如需要,调节加热功率,将水加热到另一预定温度,如需要,调节加热功率,将水加热到另一预定温度,重复重复46步骤。步骤。8)试验中如有必要,可以改变任一侧流体的流向,试验中如有必要,可以改变任一侧流体的流向,重复重复5、6两步骤。两步骤。9)试验完毕依次关闭电加热器、热水泵及冷水泵等。试验完毕依次关闭电加热器、热水泵及冷水泵等。第3页/共34页图图6.3 K=f(w)曲线曲线试
4、验数据的整理试验数据的整理1)传热量传热量Q:由于种种原:由于种种原因,因,试验试验测试的冷流体吸测试的冷流体吸热量不会完全等于热流体热量不会完全等于热流体的放热量,可以它们的算的放热量,可以它们的算术平均值,术平均值,Q=(Q1+Q2)/2 作为实际的传热量。作为实际的传热量。2)数据点选取:试验过程数据点选取:试验过程误差总是避免不了。为保误差总是避免不了。为保证结果的正确性,在数据证结果的正确性,在数据整理时应舍取一些不合理整理时应舍取一些不合理的点。通常,工程上以热的点。通常,工程上以热平衡的相对误差:平衡的相对误差:=|Q1-Q2|/(Q1+Q2)/2 5%凡凡5%的点,应予舍弃。的
5、点,应予舍弃。第4页/共34页3)传热面积:计算传热系数时,有以哪一种表传热面积:计算传热系数时,有以哪一种表 面积为基准的问题,在整理试验数据时同样面积为基准的问题,在整理试验数据时同样 应注意这一问题。应注意这一问题。4)为较直观地表示热交换器的传热性能,通常为较直观地表示热交换器的传热性能,通常 要用曲线或图表示传热系数要用曲线或图表示传热系数K与流体流速与流体流速w 之间的关系。并且,常常选取流速之间的关系。并且,常常选取流速w=1m/s时时 的的K值作为比较不同型式热交换器传热性能值作为比较不同型式热交换器传热性能 的标准的标准(同时,还应比较它们的阻力降同时,还应比较它们的阻力降P
6、)5)为使试验结果清晰明了和便于分析,可将测为使试验结果清晰明了和便于分析,可将测 得的数据和整理结果列成表格。得的数据和整理结果列成表格。第5页/共34页顺顺逆逆流流换热换热器名器名称称热流体热流体冷流体冷流体进口进口温度温度t1/出口出口温度温度t2/流量计流量计读数读数V1/lh-1进口进口温度温度t1/出口出口温度温度t2/流量计流量计读数读数V1/lh-1顺顺流流逆逆流流实验数据记录第6页/共34页6.1.2 对流换热系数的测定 对常规定型结构的换热器:Nu=l/Re=w l/v对新型结构,或已知壁温;或要求壁温的场合对新型结构,或已知壁温;或要求壁温的场合 Q=(tw tf)F第7
7、页/共34页1)估算分离法)估算分离法如,采用水蒸汽管外冷凝 o一定。则:Ro+Rw+Rs=R待测定:第8页/共34页一般管内流动是处于湍流状态,一般管内流动是处于湍流状态,i 与流速与流速 w0.8成正比,可写成成正比,可写成 i=ciw0.8,代入上式:代入上式:2)威尔逊)威尔逊(E.E.Wilson)图解法图解法 拟合曲线分离法拟合曲线分离法上式右边前上式右边前3项可认为是常数,用项可认为是常数,用 a 表示,物性表示,物性不变情况下,可认为不变情况下,可认为 是常数,用是常数,用 b 表示,表示,于是上式变为:于是上式变为:第9页/共34页改变管内流速改变管内流速 wi,则可测得一系
8、列总则可测得一系列总传热系数,绘制成图,则是一条直线。传热系数,绘制成图,则是一条直线。由由 从而,得到管内的对流换热系数从而,得到管内的对流换热系数 i:第10页/共34页3)修正的威尔逊图解法修正的威尔逊图解法由由传热学传热学,湍流时管内流体的对流换热准则式为,湍流时管内流体的对流换热准则式为:(6.8)假设套管环隙流体的对流换热准则关系式为:假设套管环隙流体的对流换热准则关系式为:(6.9)将上两式改写成:将上两式改写成:(6.10)(6.11)采用平均面积计算传热系数采用平均面积计算传热系数K:(6.12)以角码以角码 i 表示试验点序号,将式表示试验点序号,将式(6.10)、(6.1
9、1)代入上式代入上式第11页/共34页再将它改写为:再将它改写为:该式相当于一个直线方程:该式相当于一个直线方程:y=a+bx,截距,截距a=1/c2 及斜率及斜率b=1/c1可通过线性回归求得。可通过线性回归求得。式中的每一个试验点的值相应为:式中的每一个试验点的值相应为:第12页/共34页其他方法其他方法1)瞬态法瞬态法威尔逊图解法要求凭经验预先确定反映放热规律的数学威尔逊图解法要求凭经验预先确定反映放热规律的数学模型模型,这一定程度上影响了结果的正确性。瞬态法同,这一定程度上影响了结果的正确性。瞬态法同样不需要测量壁温,也不必预先确定反映放热规律的数样不需要测量壁温,也不必预先确定反映放
10、热规律的数学模型,要求在非热稳定下进行。原理如下:学模型,要求在非热稳定下进行。原理如下:在流体流入热交换器传热面时,对流体突然进行加热在流体流入热交换器传热面时,对流体突然进行加热(或冷却或冷却)。流体进口温度将按某种规律变化,流体的出。流体进口温度将按某种规律变化,流体的出口温度也相应发生变化。流体出口温度的瞬时变化是流口温度也相应发生变化。流体出口温度的瞬时变化是流体进口温度和流体与该传热面之间的传热单元数体进口温度和流体与该传热面之间的传热单元数NTU的的单值函数。通过建立热交换的微分方程组,由分析解或单值函数。通过建立热交换的微分方程组,由分析解或数值解可预先求得流体的出口温度与时间
11、数值解可预先求得流体的出口温度与时间 及传热单元及传热单元数数NTU间函数关系间函数关系tf,2(,NTU)。第13页/共34页由于由于NTU未知,所以,要将实验测得的流体未知,所以,要将实验测得的流体出口温度随时间的变化与计算所得的曲线簇出口温度随时间的变化与计算所得的曲线簇 tf,2(,NTU)进行配比。通过配比,与实测值进行配比。通过配比,与实测值最相吻合的那条流体出口温度的理论曲线的最相吻合的那条流体出口温度的理论曲线的NTU值,就是该传热面在测定工况下的值,就是该传热面在测定工况下的NTU值。此处值。此处NTU定义为定义为NTU=F/(mf cp)(mf 质量流率,质量流率,cp流体
12、定压比热流体定压比热),因而可求得,因而可求得平均对流换热系数平均对流换热系数。第14页/共34页2)热质类比法热质类比法原理:先将萘在模型中浇铸成型,再按实际的热原理:先将萘在模型中浇铸成型,再按实际的热交换器结构组合成试件。让与试件温度相同、不交换器结构组合成试件。让与试件温度相同、不含萘的空气流过试件,由于萘的升华作用,构成含萘的空气流过试件,由于萘的升华作用,构成传热面的萘片重量和厚度都将发生变化。传热面的萘片重量和厚度都将发生变化。通过测定试验前后萘片的重量及沿萘片表面各处通过测定试验前后萘片的重量及沿萘片表面各处的厚度变化、气流温度、试验持续时间及空气流的厚度变化、气流温度、试验持
13、续时间及空气流量等,计算出萘与空气的总质量交换率及局部质量等,计算出萘与空气的总质量交换率及局部质量交换率,再根据热质交换的类比关系即可求得量交换率,再根据热质交换的类比关系即可求得平均及局部的对流热交换系数。平均及局部的对流热交换系数。第15页/共34页 6.2 阻力特性试验阻力特性试验热交换器性能好坏,不仅表现在传热性能上,热交换器性能好坏,不仅表现在传热性能上,而且表现在它的阻力性能上。而且表现在它的阻力性能上。应对热交换器进行阻力特性试验,一方面测定应对热交换器进行阻力特性试验,一方面测定流体流经热交换器的压降,以比较不同热交换流体流经热交换器的压降,以比较不同热交换器的阻力特性,并寻
14、求减小压降的改进措施;器的阻力特性,并寻求减小压降的改进措施;另一方面为选择泵或风机的容量提供依据。另一方面为选择泵或风机的容量提供依据。第16页/共34页流动阻力通常为流动阻力通常为2.4节所述的摩擦阻力节所述的摩擦阻力pi 和局部阻力和局部阻力p1 pa=2w22 1w22 (6.15)非定温流情况下,还应考虑受热流体受迫运动在流道非定温流情况下,还应考虑受热流体受迫运动在流道 下沉的浮升力的阻力。数值上它等于浮升力:下沉的浮升力的阻力。数值上它等于浮升力:ps=g(o )h (6.16)下沉流动时,压力降为正;上升流动时,压力降为负。下沉流动时,压力降为正;上升流动时,压力降为负。因而上
15、述情况下总的流动阻力为因而上述情况下总的流动阻力为 p=pf+p1+pa+ps (6.17)根据计算或测试求得的根据计算或测试求得的p,再由下式确定所需要的,再由下式确定所需要的 泵或风机的功率泵或风机的功率N:N=Vp/(1000),kW(6.18)V体积流量,体积流量,m3/s;p总阻力,总阻力,N/m2;泵或风机效率泵或风机效率第17页/共34页图图6.7 p=f(w)曲线曲线 图图6.8 Eu=f(Re)曲线曲线第18页/共34页6.3 传热强化及结垢与腐蚀传热强化及结垢与腐蚀6.3.1 增强传热的基本途径增强传热的基本途径根据根据 Q=KFt 可见,传热量可见,传热量 Q 的增加可以
16、的增加可以通过提高传热系数通过提高传热系数 K、扩展传热面积、扩展传热面积 F、加大传热温差加大传热温差 t的途径来实现。的途径来实现。1)扩展传热面积扩展传热面积 F 2)加大传热温差加大传热温差 t 3)提高传热系数提高传热系数 K增强传热的积极措施是提高传热系数。要改变增强传热的积极措施是提高传热系数。要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项热阻。传热系数就必须分析传热过程的每一项热阻。第19页/共34页可见,可见,K值比值比1和和2值都要小。那么加大传热值都要小。那么加大传热系数时,应加大哪一侧的换热系数更为有效?系数时,应加大哪一侧的换热系数更为有效?今将今将K对对1和和2分别求偏导
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热交换器 原理 设计 试验 研究
限制150内