实验四总传热实验

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1、实验四 总传热系数的测定一、基本原理 在工业生产中，要完成加热或冷却任务，一般是通过 换热器来实现的，即换热器必须在单位时间内完成传送 一定的热量以满足工艺要求。换热器性能指标之一是传 热系数K。通过对这 一指标的实际测 定，可对换热 器操 作、选用、及改进提供依据。一、基本原理 传热系数K值的测定可根据热量恒算式及传热速率方程式 联立求解。 传热速率方程式 Q=K S tm K = Q /S tm 对于整个换热器，其热量的衡算式为 Q = wh(Hh1-Hh2) = wc(Hc1-Hc2)Q损 如果换热器中的流体均无相变，且流体的比热容不随流体 温度变化而为常数时， 即 Q=WhCph（T1

2、T2）=WcCpc（t2t1）Q损 若实验设备保温良好，Q损可忽略不计，所以 Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1） S传热面积（这里基于外表面积）， m2；一、基本原理 tm为换热器两端温度差的对数平均值，即一、基本原理冷、热流体的初、终温各自相同时，逆流的tm较并流时的 tm大，推动力：逆流并流，逆流时冷热流体用量少。当 时，可以用算术平均温度差( )代替对 数平均温度差。由上式所计算出口的传热系数K为测量值 K测。（t中较大的为t2，较小t1） 一、基本原理 传热系数的计算值K计可用下式进行计算： 两流体通过管壁的传热包括：一、基本原理 当壁厚一样时，di=d0=dm 当管壁

3、和垢层的热阻可以忽略不计时，上式可简化成： K主要决定于流体的物性、传热过程的造作条件及换热器 的类型。四、实验装置及流程 本实验装置为一套管换热器，采用冷水热水系统，流程如图4-4所示。 12345678910111调节阀 2转子流量计 3铜电阻 4换向阀 5套管换热器 6仪表箱 7温度显示仪 8转子流量计 9热水罐 10管道泵 11排气阀四、实验装置及流程实验装置设有逆流和并流（报告上应标明流向）两种流程，通过换向阀 门改变冷水的流向，进而测得两流体逆流或并流流动时的总传热系数。四、实验装置及流程2主要设备仪表规格套管换热器：内管为紫铜管，管径do=6mm；换热管长度 l=1.075m；测

4、温装置：Cu50型铜电阻配以数字温度显示仪；意义： 电阻50欧姆热水发生器：2196mm，材质为不锈钢；加热器功率： 1kW，由智能程序控温仪控制并显示其中温度；流量计：LZB15转子流量计，范围：0160L/h；LZB25转子流量计，范围：0400L/h。 3.测量参数1）Wh，Wc，流量转子流量计2）温度铜电阻（果场温度变化小，需要测量精度高 的仪器，若精度低可能测不出温差）3）特征尺寸d,l设备名牌标出五、实验步骤 1.熟悉流程、管线，检查各阀门的开启位置，熟 悉各阀门的作用。 流程：确定逆流并流，谁走管内谁走管外。（冷 水走管内，热水走管外。为什么这样安排？） 2.将热水发生器水位约维

5、持在其高度的2/3，把换 向阀门组调配为逆流。 3.打开总电源开关，通过智能程序控温仪设定加 热器温度，通电加热并启动管道泵，开启热水调 节阀调节热水流量为定值。（加热温度应控制在 40C） 4.当热水发生器温度接近设定值时开启冷水离心 泵和出口阀，调节冷水阀使冷水流量为定值。实 验过程中注意开启冷水槽上水阀勿使槽内水位下 降太多。五、实验步骤 5.待冷、热水温度稳定后，记录冷、热水的进出口温 度。（传热平衡，稳定后计录数据，实验存在热损 失，Q=WhCph（T1T2）=WcCpc（t2t1）Q损， 当Q热 Q冷 10时，即可产生剧烈湍流，一般总传热系 数可高达30008000W/M2.K。端

6、部温差小 逆流换热，可达到1的端部温差。热损失小 只有板片边缘暴露，不需保温，热效率98%。适应性好，易调整 通过改变板片数目和组合方式即可调节换热能 力，与变化的热负荷相匹配。 流体滞留量小，对变化反应迅速，拆装简单，容易维护 板片是独 立的单元体，拆装简单，可将密封垫密闭的板片拆开、清洗。结垢倾向低 高度紊流、光滑板表面，使积垢机率很小，且具自清 洁功能，不易堵塞。低成本 使用一次冲压成型的波纹板片装配而成，金属耗量低，当 使用耐蚀材料时，投资成本明显低于其他的换热器。板式换热器板式换热器缺点：处理能力不大，操作压力比较低，一般不超过20atm，受垫 片耐热性的限制，操作温度不能太高，一般

7、合成橡胶垫不超过 130，压缩石棉垫圈也不超过250。 螺旋板式换热螺旋板式换热 器器螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制 成螺旋状而构成的。卷制后，在器内形成两条相互隔开的螺 旋形通道，在顶、底部分则焊有封头和两流体进出口接管。 其中有一对进出口接管是设在园周边上，而另一对进出口则 设在园鼓的轴心上。换热时，冷、热流体分别进入两条通道 ，在器内作严格的逆流流动。 螺旋板式换热螺旋板式换热 器器按流道布置和封头形式可分为： I 型结构：两个螺旋通道两侧完全焊接封闭，不可拆。两流体均 作螺旋运动，通常冷流体由外周流入，热流体从中心流入，形成 完全逆流流动。主要用于液体与液体之间的

8、传热。 II 型结构：一个螺旋通道焊接封闭，另一通道的两侧敞开。一流 体作螺旋形流动，另一流体则作轴向流动。适合于两流体的流量 相差很大的场合。常做蒸汽冷凝器、气体冷却器使用。 III 型结构：一流体作螺旋形流动，另一流体则是轴向流动和螺旋 流动的组合，适用于蒸汽的冷凝和冷却。螺旋板式换热螺旋板式换热 器器螺旋板式换热器的特螺旋板式换热器的特 点点传热系数高 由于离心力的作用，可在较低Re数下出现湍流 (Re=1400-1800)，允许流速可达2m/s，故传热系数较高，如水对 水的换热，传热系数可达2000-3000 W/（m2K）。不易堵塞 由于流速较高，又是在螺旋流道内流动，能较好的发挥

9、流体对板面的冲刷作用，因而流体中的悬浮物不易沉积下来。由于流道长，可为完全逆流，便于控制温度和利用低温热源，操 作时允许较低的温度差，因此，在一些低温差传热的场合，采用 螺旋板换热器比较合适。结构紧凑，制造简便，单位体积设备内的传热面积约为列管式换 热器的3倍。 操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作 压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400以下。不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间 泄漏或其他故障，设备即告报废。 板翅式换热板翅式换热 器器在两块平行金属板之间夹入波纹状金属翅 片，两边以侧条密封，组成一个单元体；将各单元体进行不同的叠集和适当

10、地排列 ，再用钎焊予以固定，形成逆流、并流和 错流的板翅式换热器组装件(芯部或板束) ；将带有进、出口的集流箱焊接到板束上。特点：传热效果更好、结构更为紧凑。我国目前最常用的翅片形式主要有光直型翅片、锯齿型翅片 和多孔型翅片。板翅式换热板翅式换热 器器传热效果好 板翅促进湍流，破坏传热边界层的发展，总传热系数 高，同时冷、热流体间换热不仅以平隔板为传热面，而且大部分 热量通过翅片换热，因而具有很高的传热速率。结构紧凑 单位体积换热器提供的传热面积一般能达到2500m2， 最高可达到4300m2，而列管式换热器只有160m2。轻巧牢固 由于结构紧凑，通常用铝合金制造，在相同的传热面积 下，其重量

11、仅为列管式换热器的十分之一，波纹翅片不仅是传热 面，又是两板间的支撑，故强度很高。适应性强，操作范围广 由于铝合金的导热系数高，特别适合于低 温和超低温条件下的换热。 流道很小，容易堵塞而使压降增大。换热器内一旦结垢，清洗和 检修困难，故处理的物料应较清洁或预先进行净制。由于平隔板是用薄铝片制成，故要求流体对铝不发生腐蚀。 翅片式换热翅片式换热 器器结构：在管子外表面上装有径向或轴向翅片。用途：适用于两种流体的给热系数相差很大的场合，例如水蒸气 和空气间的换热，传热过程的热阻主要集中在空气一侧，若空气 在管外流动，则在管外装置翅片，既可增大空气侧的传热面积， 又可促进空气湍动，使传热系数和传热

12、面积的乘积 KA 值增大， 从而提高换热器的传热速率。 翅片与光管的连接应紧密无间，否则会在连接处产生很大的接触 热阻。常用的连接方法有镶嵌、缠绕或高频焊接，其中焊接最为 密切，但加工费用较高。 翅片式换热翅片式换热 器器翅片盘管换热器空调机组表冷器组合式铝合金散热器（T形翅） 列管换热器的选用和设计的列管换热器的选用和设计的 步骤步骤 核心：计算换热器的传热面积S=Q/Ktm （1）确定流动路径，由传热任务计算Q，Q = SKtm换热 器本身的能力, Q = Whcph(T1-T2)传热本身的热负荷 （2）确定流体进、出口温度，一般由工艺条件规定。 热流体温度 T1 T2由工艺条件确定 冷流体温度 t1当地气温 t2根据经济衡算确定 （3）选定换热器形式，计算定性温度，查取流体物性，计 算平均温差，根据 0.8 的原则，确定壳程数。 （4）依据K的经验值，或按生产实际情况选定K估，由传热 基本方程估算S估。参照系列标准选定换热器的基本尺寸 ，如管径、管长、管数及管子的排列等；若是选用，可 在系列标准中选择适当的换热器型号。 （5）计算 K计，S计，比较 S估 和 S计，若 S估/S计=1.15 1.25，则初选的设备合适，否则需另设 K估 值，重复 以上步骤。