气-气列管换热器实验.doc

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****化工原理实验报告
学院：****** 专业： ******* 班级：*****
姓名
*****
学号
****
实验组号
***
实验日期
*****
指导教师
****
成绩

实验名称
气-气列管换热器实验
一、实验目的
1．测定列管式换热器的总传热系数。
2．考察流体流速对总传热系数的影响。
3．比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。
二、实验原理
在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(5－1)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。

达到传热稳定时，有
（5－1）
式中：Q － 传热量，J / s；
m1 － 热流体的质量流率，kg / s；
cp1 － 热流体的比热，J / (kg ∙℃)；
T1 － 热流体的进口温度，℃；
T2 － 热流体的出口温度，℃；
m2 － 冷流体的质量流率，kg / s；
cp2 － 冷流体的比热，J / (kg ∙℃)；
t1 － 冷流体的进口温度，℃；
t2 － 冷流体的出口温度，℃；
K － 以传热面积A为基准的总给热系数，W / (m2 ∙℃)；
－ 冷热流体的对数平均温差，℃；
热、冷流体间的对数平均温差可由式（4—2）计算，
（5－2）
列管换热器的换热面积可由式（4—3）算得，
（5—3）
其中，d为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d取列管内径），L为列管长度，n为列管根数，以上参数取决于列管的设计，详见下文附表。
由此可得换热器的总给热系数，
（5—4）
在本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管内、冷流体走管间形式，但是热流体热量仍会有部分损失，所以Q应以冷流体实际获得的热能测算，即
（5—5）
则冷流体质量流量m2已经转换为密度和体积等可测算的量，其中为冷流体的进口体积流量，所以也应取冷流体的进口密度，即需更具冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。
除查表外，对于在0～100℃之间，空气的各物性与温度的关系有如下拟合公式。
（1）空气的密度与温度的关系式：
（2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下 J / (kg ∙℃),
70℃以上J / (kg ∙℃)。
三、实验装置

四、实验步骤
1、 打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。
2、 打开热流体风机的出口旁路，启动热流体风机，再调节旁路阀门到适合的实验流量。（一般取热流体流量60~80 m3/h，整个实验过程中保持恒定。
3、 开启加热开关，通过C1000仪表调节，使加热电压到一恒定值。（例如在室温20℃左右，热流体风量70 m3/h ，一般调加热电压150V，经约30min后，热流体进口温度可恒定在82℃左右。）
a) 待热流体在恒定流量下的进口温度相对不变后，启动风机2，通过C1000仪表调节风量；
b) 打开相应的闸阀，如7、11打开为逆流换热的形式，4，8打开为并流换热的形式。
c) 然后以冷流体流量作为实验的主变量，调节风机旁路，从10~60 m3/h流量范围内，选取5到6个点作为工作点进行实验数据的测定。
d) 待某一流量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后，可认为换热过程基本平衡了，抄录冷热流体的流量和温度，即完成逆流换热下一组数据的测定。之后，改变一个冷流体的风量，待换热平衡后抄录一组实验数据。
e) 同理，可进行冷热流体的并流换热实验。注意：热流体流量在整个实验过程中最好保持不变，但在一次换热过程中，必须待热流体进出口温度相对恒定后方可认为换热过程平衡。
f) 实验结束，应先关闭加热器，待各温度显示至室温左右，再关闭风机和其他电源。
五、原始数据记录
表1. 气-气列管换热器传热系数测定实验原始数据记录表
换热方式：并流传热
序号
热流体
冷流体
流量
进口温度
出口温度
流量
进口温度
出口温度
1
50
72.3
64.9
10.2
25.7
51.5
2
50
72.3
64
20
25.5
50.4
3
50
72.1
61.5
30.1
25.7
47.9
4
50
72.1
59.3
40
25.9
45.6
5
50
72.4
56.9
50
25.9
43.1
6
50
72.4
55.4
60
26.2
41.6
换热方式：逆流传热
序号
热流体
冷流体
流量
进口温度
出口温度
流量
进口温度
出口温度
1
50
73.8
58.8
10.2
25.9
50.9
2
50
73
56.6
20.3
25.7
48.4
3
50
74.1
54.2
30.1
26
45.7
4
50
73.4
53.2
40.2
26.5
43.7
5
50
73.1
52.4
50.1
26.3
42
6
50
73.2
53.3
59.8
26.6
40.5
表2.气-气列管换热器传热系数测定数据处理表
换热方式：并流传热
序号
Q
△t1
△t2
△tm
K
1
86.87698701
46.6
13.4
26.63787136
6.65593624
2
164.5155813
46.8
13.6
26.86489702
12.4975757
3
220.5994082
46.4
13.6
26.72686368
16.8445830
4
259.967086
46.2
13.7
26.73612102
19.8437564
5
283.720438
46.5
13.8
26.91837193
21.5102635
6
304.526587
46.2
13.8
26.81428414
23.1773045
换热方式：逆流传热
序号
Q
△t1
△t2
△tm
K
1
152.1271636
22.9
32.9
27.59871218
11.24920602
2
152.1271636
24.6
30.9
27.63039848
11.23630553
3
195.5593318
28.4
28.2
28.29988221
14.10255612
4
227.6507356
29.7
26.7
28.17338416
16.4905052
5
259.1459161
31.1
26.1
28.52700715
18.53924646
6
273.5800108
32.7
26.7
29.59871359
18.86320332

六、数据处理
在并流传热中：T1=72.3 0C，T2=64.9 0C,t1=25.7 OC,t2=51.5 0C，Δt1=T1-t2=46.6 0C，Δt2=T2-t2=13.4 0C，A=0.49m2
Δtm=
Q=
K=
在逆流传热中：T1=73.8 0C,T2=58.8 0C,t1=25.9 0C,t2=50.9 0C,Δt1=T1-t2=22.9 0C,Δt2=T2-t1=32.9 0C,A=0.49m2
Δtm=
Q=
K=
七、实验结果及讨论
通过本次实验的学习和操作，对实验数据进行测量分析，传热系数的值和冷热流体的温度，传热面积还有流量有关，其中一值改变，则传热系数改变。两流体进、出口温度各自相同的情况下，逆流传热的平均温度差最大，并流传热的平均温度差最小，其他流动方向的平均温度差介于逆流与并流两者之间，就传热推动力而言，逆流优于并流和其他流动方式。传热系数K与热量Q成正比，与对数平均温差Δtm，传热面积A成反比。就实验而言，强化了我们在课本上学到的理论知识，锻炼了我们的操作能力，也提高了我们学习的兴趣。
误差:在实验过程中对实验仪器实验仪器不精确，操作人员操作失误，在温度和流量没有稳定的时候对数据进行收集，读数误差。
八、思考题
1.实验中哪些因素影响实验的稳定性?
答:冷空气和热空气的走向，冷热流体流量和温度的稳定性，实验器材保温和传热效果对实验的影响。
2.影响传热系数K的因素有那些？如何强化传热过程？
答：流体的流动形态、流体的物性、流体有无相变和加热面的几何形状、尺寸、相对位置等因素有关。强化传热：采用传热系数高的材料，采用特型管，采用小径管，增加相同体积内容纳管数，提高换热器内气体流速主要有结构形式、换热面积、污垢、流动及强化换热措施、表面传热系数。可以通过强化换热方式（风速、结构形式等）减小它将有效提高散热器的换热性能。

指导教师意见
签名：
年 月 日

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