热交换器原理与设计第6章-热交换器的试验与研究讲课稿.ppt
《热交换器原理与设计第6章-热交换器的试验与研究讲课稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热交换器原理与设计第6章-热交换器的试验与研究讲课稿.ppt(34页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、热交换器原理与设计第6章-热交换器的试验与研究图图6.1 水水水管套式水管套式热热交交换换器器实验实验系系统统1 电热电热水箱;水箱;2 水水泵泵;3、11、12、13、14、19 阀门阀门;4、10 流量流量计计;5 内管;内管;6 套管;套管;7 保温套;保温套;8 冷水箱;冷水箱;9水水泵泵;15、16、17、18 温度温度测测点;点;20 电电加加热热器器实验步骤1)了解了解试验试验系系统统、操作方法及、操作方法及测测量量仪仪表使用方法。表使用方法。2)接通接通热热水箱水箱电电加加热热器的器的电电源,将水加源,将水加热热到到预预定温度。定温度。3)启启动动冷、冷、热热水水泵泵。4)根据
2、根据预预定的定的试验试验要求,分要求,分别调节别调节冷、冷、热热水流量达水流量达 到到预预定定值值,然后,然后维维持在此工况下运行。持在此工况下运行。5)当冷、当冷、热热水的水的进进、出口温度均达、出口温度均达稳稳定定时时,测测量并量并 记录记录冷、冷、热热水流量及各水流量及各项项温度温度值值。6)改改变变冷水冷水(或或热热水水)流量若干次,即改流量若干次,即改变变运行工况,运行工况,再再进进行行5的的测测量。量。7)如需要,如需要,调节调节加加热热功率,将水加功率,将水加热热到另一到另一预预定温度,定温度,重复重复46步步骤骤。8)试验试验中如有必要,可以改中如有必要,可以改变变任一任一侧侧
3、流体的流向,流体的流向,重复重复5、6两步两步骤骤。9)试验试验完完毕毕依次关依次关闭电闭电加加热热器、器、热热水水泵泵及冷水及冷水泵泵等。等。图图6.3 K=f(w)曲曲线线试验试验数据的整理数据的整理1)传热传热量量Q:由于种种原:由于种种原因,因,试验试验测试测试的冷流体吸的冷流体吸热热量不会完全等于量不会完全等于热热流体流体的放的放热热量,可以它量,可以它们们的算的算术术平均平均值值,Q=(Q1+Q2)/2 作作为实际为实际的的传热传热量。量。2)数据点数据点选选取:取:试验过试验过程程误误差差总总是避免不了。是避免不了。为为保保证结证结果的正确性,在数据果的正确性,在数据整理整理时应
4、时应舍取一些不合理舍取一些不合理的点。通常,工程上以的点。通常,工程上以热热平衡的相平衡的相对误对误差:差:=|Q1-Q2|/(Q1+Q2)/2 5%凡凡5%的点,的点,应应予舍弃。予舍弃。3)传热传热面面积积:计计算算传热传热系数系数时时,有以哪一种表,有以哪一种表 面面积为积为基准的基准的问题问题,在整理,在整理试验试验数据数据时时同同样样 应应注意注意这这一一问题问题。4)为较为较直直观观地表示地表示热热交交换换器的器的传热传热性能,通常性能,通常 要用曲要用曲线线或或图图表示表示传热传热系数系数K与流体流速与流体流速w 之之间间的关系。并且,常常的关系。并且,常常选选取流速取流速w=1
5、m/s时时 的的K值值作作为为比比较较不同型式不同型式热热交交换换器器传热传热性能性能 的的标标准准(同同时时,还应还应比比较较它它们们的阻力降的阻力降P)5)为为使使试验结试验结果清晰明了和便于分析,可将果清晰明了和便于分析,可将测测 得的数据和整理得的数据和整理结结果列成表格。果列成表格。顺顺逆逆流流换热换热器名器名称称热热流体流体冷流体冷流体进进口口温度温度t1/出口出口温度温度t2/流量流量计计读读数数V1/lh-1进进口口温度温度t1/出口出口温度温度t2/流量流量计计读读数数V1/lh-1顺顺流流逆逆流流实验数据记录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/
6、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)F1)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:一般管内流一般管内流动动是是处处于湍流状于湍流状态态,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)威尔尔逊逊(E.E.Wilson)图图解法解法 拟拟合曲合曲线线分离法分离法上式右上式右边边前前3项项可可认为认为是常数,用是常数,用 a 表示,物性表示,物性不不变变情况下,可情况下,可认为认为 是常数,用是常数,用 b 表示,表示,
7、于是上式于是上式变为变为:改改变变管内流速管内流速 wi,则则可可测测得一系列得一系列总总传热传热系数,系数,绘绘制成制成图图,则则是一条直是一条直线线。由由 从而,得到管内的从而,得到管内的对对流流换热换热系数系数 i:3)修正的威修正的威尔尔逊图逊图解法解法由由传热传热学,湍流学,湍流时时管内流体的管内流体的对对流流换热换热准准则则式式为为:(6.8)假假设设套管套管环环隙流体的隙流体的对对流流换热换热准准则则关系式关系式为为:(6.9)将上两式改写成:将上两式改写成:(6.10)(6.11)采用平均面采用平均面积计积计算算传热传热系数系数K:(6.12)以角以角码码 i 表示表示试验试验
8、点序号,将式点序号,将式(6.10)、(6.11)代入上式代入上式再将它改写再将它改写为为:该该式相当于一个直式相当于一个直线线方程:方程:y=a+bx,截距,截距a=1/c2 及斜率及斜率b=1/c1可通可通过线过线性回性回归归求得。求得。式中的每一个式中的每一个试验试验点的点的值值相相应为应为:其他方法其他方法1)瞬瞬态态法法威威尔尔逊图逊图解法要求凭解法要求凭经验预经验预先确定反映放先确定反映放热规热规律的数学律的数学模型模型,这这一定程度上影响了一定程度上影响了结结果的正确性。瞬果的正确性。瞬态态法同法同样样不需要不需要测测量壁温,也不必量壁温,也不必预预先确定反映放先确定反映放热规热
9、规律的数律的数学模型,要求在非学模型,要求在非热稳热稳定下定下进进行。原理如下:行。原理如下:在流体流入在流体流入热热交交换换器器传热传热面面时时,对对流体突然流体突然进进行加行加热热(或冷却或冷却)。流体。流体进进口温度将按某种口温度将按某种规规律律变变化,流体的出化,流体的出口温度也相口温度也相应发应发生生变变化。流体出口温度的瞬化。流体出口温度的瞬时变时变化是流化是流体体进进口温度和流体与口温度和流体与该传热该传热面之面之间间的的传热单传热单元数元数NTU的的单值单值函数。通函数。通过过建立建立热热交交换换的微分方程的微分方程组组,由分析解或,由分析解或数数值值解可解可预预先求得流体的出
10、口温度与先求得流体的出口温度与时间时间 及及传热单传热单元元数数NTU间间函数关系函数关系tf,2(,NTU)。由于由于NTU未知,所以,要将未知,所以,要将实验测实验测得的流体得的流体出口温度随出口温度随时间时间的的变变化与化与计计算所得的曲算所得的曲线线簇簇 tf,2(,NTU)进进行配比。通行配比。通过过配比,与配比,与实测值实测值最相吻合的那条流体出口温度的理最相吻合的那条流体出口温度的理论论曲曲线线的的NTU值值,就是,就是该传热该传热面在面在测测定工况下的定工况下的NTU值值。此。此处处NTU定定义为义为NTU=F/(mf cp)(mf 质质量流率,量流率,cp流体定流体定压压比比
11、热热),因而可求得,因而可求得平均平均对对流流换热换热系数系数。2)热质类热质类比法比法原理:先将原理:先将萘萘在模型中在模型中浇铸浇铸成型,再按成型,再按实际实际的的热热交交换换器器结结构构组组合成合成试试件。件。让让与与试试件温度相同、不件温度相同、不含含萘萘的空气流的空气流过试过试件,由于件,由于萘萘的升的升华华作用,构成作用,构成传热传热面的面的萘萘片重量和厚度都将片重量和厚度都将发发生生变变化。化。通通过测过测定定试验试验前后前后萘萘片的重量及沿片的重量及沿萘萘片表面各片表面各处处的厚度的厚度变变化、气流温度、化、气流温度、试验试验持持续时间续时间及空气流及空气流量等,量等,计计算出
12、算出萘萘与空气的与空气的总质总质量交量交换换率及局部率及局部质质量交量交换换率,再根据率,再根据热质热质交交换换的的类类比关系即可求得比关系即可求得平均及局部的平均及局部的对对流流热热交交换换系数。系数。6.2 阻力特性阻力特性试验试验热热交交换换器性能好坏,不器性能好坏,不仅仅表表现现在在传热传热性能上,性能上,而且表而且表现现在它的阻力性能上。在它的阻力性能上。应对热应对热交交换换器器进进行阻力特性行阻力特性试验试验,一方面,一方面测测定定流体流流体流经热经热交交换换器的器的压压降,以比降,以比较较不同不同热热交交换换器的阻力特性,并器的阻力特性,并寻寻求减小求减小压压降的改降的改进进措施
13、;措施;另一方面另一方面为选择泵为选择泵或或风风机的容量提供依据。机的容量提供依据。流流动动阻力通常阻力通常为为2.4节节所述的摩擦阻力所述的摩擦阻力pi 和局部阻力和局部阻力p1 pa=2w22 1w22 (6.15)非定温流情况下,非定温流情况下,还应还应考考虑虑受受热热流体受迫运流体受迫运动动在流道在流道 下沉的浮升力的阻力。数下沉的浮升力的阻力。数值值上它等于浮升力:上它等于浮升力:ps=g(o )h (6.16)下沉流下沉流动时动时,压压力降力降为为正;上升流正;上升流动时动时,压压力降力降为负为负。因而上述情况下因而上述情况下总总的流的流动动阻力阻力为为 p=pf+p1+pa+ps
14、 (6.17)根据根据计计算或算或测试测试求得的求得的p,再由下式确定所需要的,再由下式确定所需要的 泵泵或或风风机的功率机的功率N:N=Vp/(1000),kW(6.18)V体体积积流量,流量,m3/s;p总总阻力,阻力,N/m2;泵泵或或风风机效率机效率图图6.7 p=f(w)曲曲线线 图图6.8 Eu=f(Re)曲曲线线6.3 传热传热强强化及化及结结垢与腐垢与腐蚀蚀6.3.1 增增强强传热传热的基本途径的基本途径根据根据 Q=KFt 可可见见,传热传热量量 Q 的增加可以的增加可以通通过过提高提高传热传热系数系数 K、扩扩展展传热传热面面积积 F、加大加大传热传热温差温差 t的途径来的
15、途径来实现实现。1)扩扩展展传热传热面面积积 F 2)加大加大传热传热温差温差 t 3)提高提高传热传热系数系数 K增增强强传热传热的的积积极措施是提高极措施是提高传热传热系数。要改系数。要改变变传热传热系数就必系数就必须须分析分析传热过传热过程的每一程的每一项热项热阻。阻。可可见见,K值值比比1和和2值值都要小。那么加大都要小。那么加大传热传热系数系数时时,应应加大哪一加大哪一侧侧的的换热换热系数更系数更为为有效?有效?今将今将K对对1和和2分分别别求偏求偏导导。偏偏导导数数K1及及K2分分别别表示了表示了传热传热系数系数K随随1及及2 的增的增长长率。如率。如设设12,则则可写可写为为 1
- 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 讲课
限制150内