《热质交换原理与设备》实验指导书

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1、教学实验 2015-10热质交换原理与设备实验指导书湘潭大学土木工程工程与力学学院建筑环境与设备工程专业2015 年 10 月内部使用1目 录实验一 散热器热工性能实验实验二 汽液式翅片管换热器实验1实验一 散热器热工性能实验一、实验目的：1、通过实验了解散热器热工性能测定方法及低温水散热器热工实验装置的结构。2、测定散热器的散热量 Q，计算分析散热气的散热量与热媒流量 G 和温差 T 的关系。二、实验装置见图一：AV图一散热器热工实验装置示意图1. 散热器阻力、温度取样点 2.测压差阀门组 3.散热器水流量调节阀 4. 转子流量计 5. 温2度压差巡检仪 6. 温控表 7. 电压表 8. 电

2、流表 9. 水位计 10. 水泵开关及加热开关组 1、2. 上水调节阀 13. 散热器 14.内置加热水箱、循环水泵的模拟墙体 三、实验原理：本实验的实验原理是在稳定的条件下测定出散热器的散热量：Q=GCP（t g-th） kJ/h式中：G热媒流量， kg/h；CP水的比热，kJ/Kg； tg、t h供回水温度， 。 每组散热面积为：2m 2上式计算所得散热量除以 3.6 即可换算成W。由于实验条件所限，在实验中尽量减少室内温度波动。 低位水箱内的水由循环水泵打入高位水箱，被电加热器加热，并由温控器控制其温度在某一固定温度波动范围，由管道流入散热器中，经其传热将一部分热量散入房间，降低温度后的

3、回水通过转子流量计流入低位水箱。流量计计量出流经每个散热器在温度为 th 时的体积流量。循环泵打入高位水箱的水量大于散热器回路所需的流量时，多余的水量经溢流管流回低位水箱。四、实验步骤：1、测量散热器面积。2、系统充水，注意充水的同时要排除系统内的空气。3、打开总开关，启动循环水泵,使水正常循环。4、将温控器调到所需温度（热媒温度） 。打开电加热器开关，加热系统循环水。5、根据散热量的大小调节每个流量计入口处的阀门，使之流量、温差达到一个相对稳定的值，如不稳定则须找出原因，系统内有气应及时排除，否则实验结果不准确。6、系统稳定后进行记录并开始测定：当确认散热器供、回水温度和流量基本稳定后，即可

4、进行测定。散热器供回水温度 tg与 th 及室内温度 t，均采用 Pt100.1 传感器，配数显巡检测试仪直接测量，流量用转子流量计3测量。温度和流量均为每 10 分钟测读一次。Gt=L/1000=L10-3 m3/h式中：L转子流量计读值； l/h；Gt温度为 th 时水的体积流量； m3/hG=Gt t （tg/h）式中：G热媒流量， （kg/h） ； t温度为 th 时的水的密度， （kg/ m 3） 。7、改变工况进行实验：a、改变供回水温度，保持水量不变。b、改变流量，保持散热器平均温度不变。即保持恒定2hgptt8、实验测定完毕：a、关闭电加热器；b、停止运行循环水泵；c、检查水、

5、电等有无异常现象，整理测试仪器。五、阻力测试：就是通过测试装置测出通过散热器不同水量时所损失的压力及在工程设计中所需要的散热器阻力系数，以便向采暖系统工程设计提供参数。测试装置 U 型压差计见图二。 图二倒 U 型压差计测试原理：水流通过散热器时，不仅流速和方向发生变化，并且由于散热器内腔的形状比较复杂，流通断面和形状的变化使水流产生涡流、撞击、转向及摩擦，从而消耗了能量，形成了水流阻力。水流为克服这些阻力就要损失能量，能量损失的大小与水流速度的平方成正比，对于不同形式的散热器，同一水量通过时能量损失也不同，因此，需通过测试得到各种散热器的阻力系数。 4利用流体力学中的阻力计算公式： 2jvP

6、g则推出阻力系数： 2jgPv式中： 散热器的阻力系数； 水在散热器供水管中的流速；m/s；v其连接管径 DN15 d=15.6 mm； 水流在散热器进、出口所产生的能量损失， 。jP 2mHO测散热器进出口二个测压点的压差等于散热器局部水头损失：=1hjP式中： 连接两点的 U 形压力计的读数，m；1hU 型压差计操作要点：1、关闭 U 型压差计上的所有阀门；2、安装测压管；3、启动系统充水运行后，打开连通阀 2；4、打开连高、底压测压管上的阀门 1、7；5、打开排气阀 4 或 5，使水位在测压管中间位置左右，然后关闭排气阀；6、关闭连通阀 2，既可以正常测出压差。六、实验报告：(1) 流量

7、恒定，改变供回水温度N0供水温度tg()回水温度th()室温t()流量G（kg/h）散热量Q（W）5123(2)供回水温度恒定，流量改变N0供水温度tg()回水温度th()室温t()流量G（L/h）压力差 1h散热量Q（ W）阻力系数 123七、注意事项：1、测温点应加入少量机油，以保持温度稳定；2、上水箱内的电热管应淹没在水面下时，才能打开，本实验台有自控装置；但亦应经常检查。3、实验台应接地。附：巡检仪设置控制参数（一级参数）设定 按 Set 键大于 5 秒符号 名称 设定数值AT1 通道显示时间 AT1=3AT2 AT2=0AT3 AT3=0AA AA=1其它不设二级参数设定 CLK=1

8、32 后同时按 Set 键和键 30 秒进入，按 Set 键依次设置符号 名称 设定数值 测试范围 传感器类型 传感器用途6DE 仪表设备号 4 （可不设）BT 通讯波特率 5（9600）（可不设）-n1 第 1 通道开 0 Pt100.1 左散热器进水温度-n2 第 2 通道开 0 Pt100.1 左散热器出水温度-n3 第 3 通道开 0 Pt100.1 右散热器进水温度-n4 第 4 通道开 0 Pt100.1 右散热器出水温度-n5 第 5 通道开 0 0-40 KPa 4-20mA 左散热器阻力(压差)-n6 第 6 通道开 0 0-40 KPa 4-20mA 右散热器阻力(压差)-

9、n7 第 7 通道开 0 Pt100.1 环境温度-n8 第 8 通道开 1-n9-n16 均设置为关 1第 1、2、3、4、7 通道设置:1SL0 输入分度号 091SL1 小数点 11SL2 无 01SL3 无 01SL4 无 01-Pb 零点迁移 根据情况1KKK 量程放大倍数 根据情况1OUL 变送输出量程下限 默认1OUH 变送输出量程上限 默认1SLL 测量量程下限 默认1SLH 测量量程上限 默认其它不设7第 5、6 通道设置:ASL0 输入分度号 12 4-20mA 显示数值为 mmH2OASL1 小数点 0ASL2 无 0ASL3 无 0ASL4 无 0A-Pb 零点迁移 根

10、据情况AKKK 量程放大倍数 根据情况AOUL 变送输出量程下限 0AOUH 变送输出量程上限 4000ASLL 测量量程下限 0ASLH 测量量程上限 4000其它已关闭，不设。巡检仪通道设置：通道号 1 2 3 4 5 6 7 8内容 左散热器出口温度左散热器进口温度右散热器出口温度右散热器进口温度左散热气阻力压差 右散热气阻力压差室温实验二 汽液式翅片管换热器实验一、实验目的1、通过本实验熟悉掌握空气与液体（水）换热量及换热系数的测定方法；2、通过本实验熟悉掌握换热器阻力的测试方法；3、了解温度、压力、流量数据采集系统的组成。二、实验原理8当处理空气时，处理过程为等湿加热且只是显热的交换

11、过程。被加热的空气所得到的热量为：（1）)(12apatCGQ空气得热量，Kw；aQ空气的质量流量，Kg/s；G空气的定压比热，Kj/Kg；pC空气加热器前空气的温度，；1at空气加热器后空气的温度，。2热媒水供给空气加热器的热量为：（2）)(12wwtCGQ水放热量，Kw；wQ水的质量流量，Kg/s；G水的定压比热，Kj/Kg；C水通过空气加热器后的温度，；1wt水通过空气加热器前的温度， 。2空气加热器供给空气的热量为：（3）)2(11awf ttKFQ空气加热器供给空气的热量，Kw；f空气加热器传热系数，Kw/m 2；K空气加热器的散热面积，m 2。F忽略设备的散热损失的情况下，理论上三

12、者应相等，即： fwaQ因此我们能够测量出空气侧获得的热量或水供给加热器的热量，即可得知加热器的换热能力即换热量，测出水进入换热器的进出口温度、空气流过换热器的进出口温度、换热器的面积，即可求出换热器的传热系数。换热器的流体力学特性空气流动阻力：空气侧压力损失一般整理成（4）的形式：（4）namp)(空气侧压力损失，Pa；ap9空气的质量流速，kg/(m 2s)；空气流速，m/s ；空气密度，kg/m 3；常数；m指数常数。n三、 实验装置实验装置由空气动力及加热系统、空气参数测量系统、热水加热及参数测量系统、数据采集及处理系统等组成，如图 1 所示。 换 热 器 水 侧 阻 力 温 度 传

13、感 器 ta2温 度 传 感 器 ta1孔 板调 速 风 机 排 污 阀过 滤 器补 水 箱 气 -水 换 热 器取 压 嘴温 度 传 感 器 tw2取 压 嘴 温 度 传 感 器 tw1流 量 计阀 门水 泵水 加 热 器换 热 器 空 气 阻 力 孔 板 压 差图 1、实验装置系统图1、空气动力及加热系统由风机、风机调速器、方形风洞等组成。风洞上设置测量换热器空气侧流动阻力的取压嘴及差压计。设置测量空气流量的孔板及差压计。空气温度用 Pt100.1 铂电阻传感器测量。空气通过换热器的流通阻力，在换热器前后的风管上设静压测嘴，配差压传感器测量。2、热水加热系统（1）换热器为空气加热器，空气加

14、热器几何尺寸如下表：10基 管 数 量 ： 42 根，管径=9.5mm；基 管 面 积 ： 423.140.00950.18=0.2255148 m2 铝片尺寸：0.175 mm 0.13 mm，数量 70 片； 单片铝翅片面积：0.1750.13-420.7850.00952 = 0.02275-0.002976=0.019774 m2铝翅片面积：0.01977470=1.38418 m 2铝翅片面积+基 管 面 积 = 1.6097 m2；散 热 面 积 ： 铝翅片面积 2 + 基 管 面 积 =1.384182 + 0.2255148=2.6938748迎 风 面 积 ： 0.180.0

15、175=0.0315 m2； 最 窄 通 风 面 积：0 .0315-0.00950.187=0.0315-0.011197=0.01953 m2铝串片尺寸（mm）片 距b（mm）基 管 直 径dw/dn（mm）基 管 面 积Fj（m 2）迎 风 面 积Fy（m 2）散 热 面 积F（m 2）最 窄 通 风 面 积f（m 2）180 1752.3 9.5/8 0.2255 0.0315 2.6939 0.0195（2）不锈钢水箱电加热器总功率为 6KW，PID 调节控制；（3）热水流量用浮子流量计测量；3、测量系统温度、差压、流量测量信号接入万能信号输入 8 点巡检仪上显示。四、 实验方法及操作步骤操作面板如图 2 Vxmt8011图 2 操作面板如图1、实验方法1）拟定试验热水温度（可取 =6080）1t2）在固定热水流量为某一值，改变空气流速的工况下，进行一组试验（3 个以上工况） 。3）改变热水流量为某另值，改变空