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1、实验四 总传热系数的测定18实验四 总传热系数的测定一、实验目的1. 了解换热器的结构，掌握换热器的操作方法。2. 掌握换热器总传热系数 K 的测定方法。3. 了解流体的流量和流向不同对总传热系数的影响二、实验内容测定套管换热器中水水物系在常用流速范围内的总传热系数 K，分析强化传热效果的途径。三、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。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
2、程式Q=kStm (41)通过换热器所传递的热量可由热量恒算式计算，即Q=WhCph（T 1T 2）=W cCpc（t 2t 1）Q 损 (42)若实验设备保温良好，Q 损可忽略不计，所以Q=WhCph（T 1T 2）=W cCpc（t 2t 1） (43)式中 Q单位时间的传热量， W；K总传热系数， W/(m2) ；tm传热对数平均温度差， ；S传热面积（这里基于外表面积）， m2；Wh,Wc热、冷流体的质量流量， kg/s；Cph,Cpc热、冷流体的平均定压比热， J/kg；T1,T2热流体的进出口温度， ；t1,t2冷流体的进出口温度， 。tm 为换热器两端温度差的对数平均值，即（44
3、）12lnttm实验四 总传热系数的测定19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t21t21算出口的传热系数 K 为测量值 K 测 。传热系数的计算值 K 计 可用下式进行计算：（45）SiR10计式中 0换热器管外侧流体对流传热系数， W/(m2)；i换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m 2) ；管壁厚度， m；管壁的导热系数， W/(m2)；RS污垢热阻， m2/W 。当管壁和垢层的热阻可以忽略不计时，上式可简化成：（46）001iiK计四、实验装置及流程1实验流程本实验装置为一套管换热器，采用冷水热水系统，流程如图所示。冷水经转子流量计计量后进入换热器的冷水
4、流道，进行热交换后排入地沟。热水槽中的水被加热到预定温度后，由管道泵送至流量计计量，再进入换热器的热水流道，进行热交换后返回热水槽循环使用。在冷热水进、出口处都分别装有铜电阻测量温度。实验装置设有逆流和并流两种流程，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。2主要设备仪表规格（1）套管换热器：内管为紫铜管，管径 do=6mm；换热管长度 l=1.075m；（2）测温装置：C u50 型铜电阻配以数字温度显示仪；（3）热水发生器：219 6mm，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；（4）流量计：LZB 15 转子流量计，范围：016
5、0L/h；LZB25 转子流量计，范围：0400L/h。五、实验报告1整理原始数据记录表，将有关数据整理在数据处理表中。2列出实验结果，写出典型数据的计算过程，分析和讨论实验现象。实验四 总传热系数的测定20六、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。2将热水发生器水位约维持在其高度的 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。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。5待冷、热水
6、温度稳定后，记录冷、热水的进出口温度。6调节冷水阀，改变冷水流量，测取 6 个数据。注意，每次流量改变后，须有一定的稳定时间，待有关参数都稳定后，再记录数据。7把换向阀门组调配为并流，调节冷水阀，改变冷水流量，待温度稳定后记录有关参数。总传热系数测定实验装置流程图1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12345 6 7891011实验四 总传热系数的测定218实验结束后，关闭调节阀门，关闭热水泵的电源开关并关闭冷水离心泵出口阀及离心泵，最后关闭总电源。七、思考题1影响传热系数 K 的因素有哪些？答：传热系
7、数的计算值 K 计可用下式进行计算：（5） 式中， 0 为换热器管外侧流体对流传热系数，W/(m2)； i 为换热器管内侧流体对流传热系数，W/(m2) ； 为管壁厚度，m；管壁的导热系数， W/(m2) ；RS 为污垢热阻，m2/W。2在实验中哪些因素影响实验的稳定性？答：换热器管外侧流体对流传热系数 0、换热器管内侧流体对流传热系数 i、管壁厚度 、管壁的导热系数 、污垢热阻 RS3根据实验结果分析如何强化传热？答：蒸汽冷凝时的对流传热强化措施 目的：减少冷凝液膜的厚度 水平管束：减少垂直方向上管数，采用错列； 垂直板或管：开纵向沟槽，或在壁外装金属丝。 液体沸腾时的对流传热强化措施 表面粗糙化：将表面腐蚀，烧结金属粒；加表面活性剂（乙醇、丙酮等）
