列管式换热器传热系数的测定.docVIP

4.5列管式换热器传热系数的测定 实验目的 测定单壳程双管程列管式换热器的总传热系数K； 2. 学会传热过程的调节方法。 实验原理 1.传热速率方程式 工业上大量存在的传热过程（指间壁式传热过程）都是由固体内部的导热及冷热流体与固体表面间的给热组合而成。传热过程的基本数学描述是传热速率方程式和热量衡算式。 热流密度q是反映具体传热过程速率大小的特征量。对q的计算，需要引入壁面温度，而在实际计算时，壁温往往是未知的。为实用方便，希望能避开壁温，直接根据冷﹑热流体的温度进行传热速率的计算。 在间壁式换热器中，热量序贯地由热流体传给壁面左侧﹑再由壁面左侧传导至壁面右侧﹑最后由壁面右侧传给冷流体（见图4-11）。在定态条件下，并忽略壁面内外面积的差异，则各环节的热流密度相等，即 (4-22) 由（4-22）式可以得到 (4-23) 由上式，串联过程的推动力和阻力具有加和性。在工程上，上式通常写成： (4-24) 式中 (4-25) 式（4-25）为传热过程总热阻的倒数，称为传热系数。比较（4-22）和式（4-23）两式可知，给热系数同流体与壁面的温差相联系，而传热系数K则同冷﹑热流体的温差相联系。 由于冷流体的温度差沿加热面是连续变化的，且此温度差与冷﹑热流体的温度成线性关系，故将（4-24）式中（T-t）的推动力用换热器两端温差的对数平均温差来表示，即 (4-26) 2.热量衡算方程式 (4-27) 3. 传热过程的调节 在换热器中，若热流体的流量qmh或进口温度T1发生变化，而要求出口温度T2保持原来数值不变，可通过调节冷却介质流量来达到目的。但是这种调节作用不能单纯地从热量衡算的观点理解为冷流体的流量大带走的热量多，流量小带走的热量小。根据传热基本方程式，可能来自 △tm 的变化，也可能来自K的变化，而多数是由两者共同引起的。 如果αc》αh，qmc，K基本不变，调节作用主要靠 △tm 的变化。如果αc《αh或αc≈αh，调节qmc将使△tm和K皆有较大变化，此时过程调节是两者共同作用的结果。 4．实验装置的建立依据 将式（4-5）和式（4-6）联立，则有 (4-28) 其中 (4-29) (4-30) 若实验物系选定水与热空气，由（4-29）、（4-30）式知，实验装置中需要确定的参数和安装的仪表有： A — 由换热器的结构参数而定； qmc — 测冷流体的流量计； t1、t2 — 测冷流体的进﹑出口温度计； T1、T2— 测热流体的进﹑出口温度计； Cpc — 由冷流体的进﹑出口平均温度决定。 将以上仪表﹑换热器﹑气源﹑及管件阀门等部件组建即可得到实验装置图（参见图1.3.72）。 实验装置图 列管式换热设备流程图如4-12所示。 图4-12 列管式换热设备流程图 1—气源；2—气量阀；3—气体流量计；4—进气温度计；5—出气温度计；6—进水温度计；7—换热器；8—出水温度计；9—水流量计；10—水调节阀；11—调压器；12—气体加热器 实验步骤 1.先开冷却水流量计阀门； 2.在启动风机前关闭空气流量计阀门，然后依次打开空气流量计阀门﹑打开加热电源，使加热电压调至60 V； 3.待t2和T2稳定不变10 min，读取原始数据。 【注意事项】 1. 加热电压不能过高，保持空气进口温度小于100℃，以免换热器的密封垫圈烧焦。 【思考题】 1.影响总传热系数K的因素有哪些？ 2.在本实验条件下，进一步地提高冷却水的用量，是否能达到有效强化传热过程的目的？ 装置编号： 　 　 1-普通管 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 流量（kPa) t1(℃） t2(℃） Tw(℃） tm(℃）