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1、 列管换热器实验装置列管换热器实验装置说明书说明书天津大学化工基础实验中心天津大学化工基础实验中心2011101一、实验目的：一、实验目的：本实验装置是以水蒸气-空气为传热介质，采用列管换热器对流换热，用于教学实验中，通过对列管换热器对流传热系数、总传热系数 K 的测定，加深了解间壁传热的基本概念和基本理论，了解各种影响因素对传热效率的影响。二、换热器实验简介：二、换热器实验简介：1、列管换热器传热系数的测定：管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可采用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应
2、用最广的换热器类型。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。总传热系数 K 通过实验可测定（1）Omi StQK式中：K列管换热器总传热系数，W/(m2)；Qi管内传热速率，W；SO管外换热面积，m2；平均温度差，。mt由下式确定： （2）mt逆mmtt（3）12211221lntTtTtTtTtm）（）（逆式中：t1，t2 冷流体的入口、出口温度，；T1，T2 热流体的入口、出口温度，；tw逆 逆流时平均温度差，；温差校正系数，由于实验用列管换热器采用单管程单壳程所以=1。2管内换热面积： （4
3、）LodnSoo式中：dO内管管外径，m；LO传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：（5）)(12ttCpWQmmi其中质量流量由下式求得： （6）3600mm mVW式中： 冷流体在管内的平均体积流量，m3 / h；mV冷流体的定压比热，kJ / (kg)；mCp冷流体的密度，kg /m3。m和可根据定性温度 tm查得，为冷流体进出口平均温度。mCpm221tttmt1，t2， T1，T2， 可通过测量仪表测得。mV三、实验流程和设备主要技术数据：三、实验流程和设备主要技术数据：1设备主要技术数据见表一表一 实验装置结构参数列管实验内管内径 di（mm）14.0列管实验内管外径 do（m
4、m）16.0列管实验外管内径 Di（mm）76.0列管测量段长度 L（mm）1000管束3加热器2.5KW操作电压200 伏加热釜操作电流10 安32实验装置流程如图一所示3实验的测量手段空气流量的测量：（7）10012ttPAcV其中： c0-孔板流量计孔流系数，c0=0.65A0-孔的面积 m2d0-孔板孔径 ， d0 =0.017 m P-孔板两端压差，Pa-空气入口温度（即 流量计处温度）下密度，Kg/m3。1t由于换热器内温度的变化，传热管内的体积流量需进行校正：（8）11273273 ttVVm tm式中：传热管内平均体积流量，m3/h；mV传热管内平均温度，。mt4图一 列管换热
5、器实验装置流程图 温度的测量空气（蒸汽）进出口温度采用 PT100 电阻温度计测得，通过数字仪表显示。 电加热釜蒸汽发生器的使用体积为 5 升,内装有一支 2.5kw 的电热器，与一储水箱相连（实验过程中要保持储水箱中液位不要低于箱体的二分之一，防止加热器干烧） ，开始实验时采用低电压（130 伏左右）加热，10 分钟后可以适当提高加热电压(150 伏180 伏)，约 15 分钟后水开始沸腾。为安全起见和加热器使用寿命长久，建议最高加热电压不要超过 200 伏。 气源(鼓风机)又称旋涡气泵，XGB12 型，电机功率约 0.75 KW（使用三相电源） 。5图二 仪表显示图四、实验方法及步骤：四、
6、实验方法及步骤：1实验前的准备工作。向储水箱中加蒸馏水至液位计三分之二处。检查空气流量旁路调节阀是否全开。检查换热器蒸汽入口阀是否开启，必须保证有一路是开启的。接通电源总闸，设定加热电压。（加热电压的设定：按一下仪表键，在仪表的 SV 显示窗中右下方出现一闪烁的小点，每按一次键，小点便向左移动一位，小点在哪个位置，就可以利用、键调节相应位子上的数值，调好设定值后 20 秒仪表自动确认，设备按所设定的数值调整应用）2. 实验开始. 启动电加热器开关开始加热，同时蒸汽冷凝散热器风扇开启。待列管换热器出口温度上升时，启动风机。利用空气旁路调节阀 2 来调节空气流量，调好某一流量后稳定 5-8 分钟后
7、，分别测量空气的流量，冷空气6进、出口的温度及蒸汽进、出口温度，作好记录。然后改变空气流量值，重复以上步骤测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量 56 组数据。实验结束后，依次关闭加热电源、风机和总电源。一切复原。五、实验注意事项：五、实验注意事项：1检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。特别是每个实验结束后，开始下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补足水量。2每次调节空气流量后，应至少稳定 58 分钟，然后再读取实验数据。3实验中要保持上升蒸汽量的稳定，所以实验中不要改变加热电压，并且保持蒸汽放空口一直有蒸汽放出状态。六、数据处理过程举例：（六、数据处理过程举例：（以第一组实验
8、数据为例）空气进口温度 t1=26， 空气出口温度 t2=79.9， 空气流量 1.59Kpa，蒸汽进口温度 T1=100， 蒸汽出口温度 T2=99.6空气进口温度 t1=26下的密度 t1=1.18(kg/m3)传热管内径及流通截面积 idiF14.00()0.0140 ();id3.142(0.0140) 244/2 iidF0.（m2).传热管有效长度 及传热面积 ，管束 3 根换热管。LiS1.00L3.1420.0141.003LdSii0.132 (m2)空气平均物性常数的确定=52.95211tttm29 .7926此温度下空气物性数据如下：平均密度 tm=1.08 (kg/m
9、3)；平均导热系数 tm=2.8410-2 (K)； 平均比热 Cp tm=1005(JKgK)；平均粘度 tm=1.9710-5 ()。sPa7空气流过换热器内管时平均体积流量和平均流速的计算mV孔板流量计体积流量：10012ttPAcV18. 115902017. 0785. 065. 02=27.6（m3/h）传热管内平均体积流量:mV202739 .522736 .2727327300ttVVm tm=30.7 （m3/h）平均流速:mu)3600000154. 0/(7 .303600/FVumm=18.47 （m/s）平均温度差的计算:mt= 41.22 266 .999 .791
10、00ln)266 .999 .79100（）（mt管内传热速率：684（W）3600)0 .266 .79(100512. 17 .30 3600)(12ttCpVQmmm总传热系数 =125.8（W/m2）)132. 024.41/(684/imiStQK各项准数:=40.3miidNu0277.0028.088.398=1.423104mmmiud Re0000194.012.147.18014.0696. 00277. 01094. 11005Pr5 mpC表二、实验数据表：No.1 12 23 34 45 56 67 789 流量（Kpa)1.592.012.452.863.333.8
11、34.314.765.15t1(）2626.5027.1028.0029.3030.6032.634.336.60t1(kg/m3)1.181.171.171.171.171.161.151.151.14t2(）79.979.679.379.279.279.479.580.180.6T1(）100100100999999999999T2(）99.699.699.699.699.699.699.699.699.6tm(）52.9553.0553.2053.6054.2555.0056.0557.2058.60tm kg/m3)1.081.081.081.081.081.081.071.071.0
12、7平均导热系数tm100(K)2.842.842.852.852.852.862.872.882.89 平均比热 Cp tm(JKgK)100510061007100810091010101110121013 平均粘度tm105()sPa1.971.971.971.971.981.981.991.992.00t1=T2-t1(）73.6073.1072.5071.6070.3069.0067.0065.3063.00t2=T1-t2(）20.1020.4020.7019.8019.8019.6019.5018.9018.40 t1-t253.5052.7051.8051.8050.5049.4
13、047.5046.4044.60 LN(t1/ t2)1.301.281.251.291.271.261.231.241.23tm(）41.2241.2941.3340.3039.8639.2538.4837.4236.24 Vt1(m3/h)27.6031.0534.3137.1240.1343.1245.8848.3350.45 V(m3/h)30.7034.5638.2041.3844.8248.2751.5254.4757.09 u(m/s)18.4720.7822.9824.8926.9629.0430.9932.7634.34 Q(W)6847668408989541007104210701079K （W/m2）125.84140.52154.03168.92181.47194.51205.13216.77225.60 Re142311600817682191112062822124234782466525654 Nu123.9138.3151.6166.1178.1190.5200.4211.1218.9
