数据整理与计算范例.docx
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数据整理与计算范例
*△Tlm與△Tm同義
圖八殼管交換器的溫度-長度曲線：
（a）1-2exchanger（b）2-4exchanger
圖九LMTD（logarithmicmeantemperaturedifference，△Tlm）之校正：
（a）1-2exchanger（b）2-4exchanger
因此，U=qa/（A*Fg*△Tlm），此式應用於1-2與2-4殼管熱交換器。
**本實驗之裝置為1-1殼管熱交換器，公式為U=qa/（A*△Tlm）。
附：
有關對流與熱傳導結合的總熱傳係數U之緣由：
如上圖，A為一圓管壁剖面，管內、外為流體，由於流體有黏度造成與管壁間形成一邊界層（boundarylayer，此邊界層會因管內流體流速增加而變薄），又，邊界層具有熱傳阻力而造成一溫度梯度，其熱傳係數分別為ho、hi；邊界層除外的流體因流體的對流可視為均一溫度，溫度分別為T1、T4，故總熱傳係數q
q=△T/ΣR=UA△Toverall
ΣR：
總熱阻，包括內、外邊界層熱阻及管材之熱阻三項，若有積
垢，其熱阻也應一併考慮進去。
△Toverall=T1-T4
由數學導得，總熱傳係數U如下所示：
Ui=1/{1/hi+（ro–ri）Ai/（kAAAlm）+Ai/（Aoho）}
Uo=1/{Ao/（Aihi）+（ro–ri）Ao/（kAAAlm）+1/ho}
Ai、Ao、AAlm分別為金屬管之內、外表面積及對數平均面積。
當流體流經熱交換器時，若整個熱交換過程的每ㄧ點溫度差（Th-Tc或△T）都不變，則
q=UA（Th-Tc）=UA△T
然而，流體流經熱交換器時，若△T是隨熱交換過程的位置而改變時，則上述溫度差有誤，由數學導得變成對數平均溫差△Tm，
亦即q=UA△Tm
四、實驗步驟
在熱水槽加熱的同時應先校正冷、熱水流量計（可同時進行校正）：
亦即固定某ㄧ流量計刻度，量測3分鐘之實際流量，並作校正曲線圖，求出校正方程式，為以下實驗計算用。
（一）螺旋套管（雙套管）式熱交換
A、逆流（裝置改成逆流）
l.開關箱選擇套管按鈕。
2.檢查熱水槽應裝八分滿的水，設定熱水槽溫度為55℃，關閉熱水流量計閥，打開熱水pump使循環攪拌，開始加熱。
3.冷水補充槽的水全漏光，再注入水。
（此因管路水與冷水補充槽水溫度相差極大，實驗過程可能因為補充管路水而使冷水補充槽的溫度增加）
3.冷、熱水流量計務必校正。
並畫校正曲線，求出校正方程式。
4.待熱水槽溫度為50℃時，先調熱水流量1L/min使系統吸熱3min，再固定熱水流量為0.4L/min。
5.調整冷水流量0.2L/min。
冷、熱水pump之bypass開關設定在“半開”位置。
6.達穩定平衡時（溫度不再變化，約3分鐘），紀錄四點的溫度（熱進、熱出、冷進、冷出）及熱水流量，並記錄之。
7.改變冷水流量（0.4、0.6、0.8、1L/min），重復步驟（5）一（6）。
B、並流（裝置改成並流，亦即交換冷水進口、出口接頭）
實驗步驟同逆流之步驟，但冷水進口、出口溫度讀取相反。
**熱交換出口的冷水不可排入冷水槽，應排入水溝！
（二）殼管式熱交換
A、逆流（裝置改成逆流）
l.開關箱選擇殼管按鈕。
2.控制熱水槽溫度為50℃。
3.先調熱水流量1L/min使系統吸熱3min，再固定熱水流量為0.4L/min。
4.調整冷水流量0.2L/min。
冷、熱水pump之bypass開關設定在“半開”位置。
5.達穩定平衡時（約3分鐘），紀錄四點的溫度（熱進、熱出、冷進、冷出）及熱水流量，並記錄之。
6.改變冷水流量（0.4、0.6、0.8、1L/min），重復步驟（4）一（5）。
B、並流（裝置改成並流，亦即交換冷水進口、出口接頭）
實驗步驟同逆流之步驟，但冷水進口、出口溫度讀取相反。
**熱交換出口的冷水不可排入冷水槽，應排入水溝！
（三）板式熱交換（逆流）
1.開關箱選擇板式熱交換按鈕。
2.控制熱水槽溫度為50℃。
3.固定熱水流量為0.4L/min。
4.調整冷水流量0.2L/min。
冷、熱水pump之bypass開關設定在“半開”位置。
5.達穩定平衡時（約3分鐘），紀錄四點的溫度（熱進、熱出、冷進、冷出）及熱水流量，並記錄之。
6.改變冷水流量（0.4、0.6、0.8、1L/min），重復步驟（4）一（5）。
**冷水不可排入冷水槽，應排入水溝！
※※安全及注意事項
l.本實驗在操作的過程之中，應先把管內的水及氣泡先予趕走。
2.在實驗過程中，冷熱水熱交換須等溫度達到穩定後，記錄之。
五、數據整理與計算範例
（一）螺旋套管（雙套管）式熱交換（熱傳面積＝0.11m2）
A、逆流
冷水流量
（L/min）
熱水流量
（L/min）
Thin
（℃）
Thout
（℃）
Tcin
（℃）
Tcout
（℃）
冷水流量
mc
（kg/s）
熱水流量
mh
（kg/s）
qc
（J/s）
qh
（J/s）
△Tlm
（K）
U
（kw/m2-K）
B、並流
冷水流量
（L/min）
熱水流量
（L/min）
Thin
（℃）
Thout
（℃）
Tcin
（℃）
Tcout
（℃）
冷水流量
mc
（kg/s）
熱水流量
mh
（kg/s）
qc
（J/s）
qh
（J/s）
△Tlm
（K）
U
（kw/m2-K）
*由於熱交換的管長太長，並流實驗的Thout與Tcout數值幾乎相同而無法計算△T2與△Tlm！
（二）殼管式熱交換（熱傳面積＝0.203m2）
A、逆流
冷水流量
（L/min）
熱水流量
（L/min）
Thin
（℃）
Thout
（℃）
Tcin
（℃）
Tcout
（℃）
冷水流量
mc
（kg/s）
熱水流量
mh
（kg/s）
qc
（J/s）
qh
（J/s）
△Tlm
（K）
U
（kw/m2-K）
B、並流
冷水流量
（L/min）
熱水流量
（L/min）
Thin
（℃）
Thout
（℃）
Tcin
（℃）
Tcout
（℃）
冷水流量
mc
（kg/s）
熱水流量
mh
（kg/s）
qc
（J/s）
qh
（J/s）
△Tlm
（K）
U
（kw/m2-K）
（三）板式熱交換（逆流），（熱傳面積＝0.185m2）
冷水流量
（L/min）
熱水流量
（L/min）
Thin
（℃）
Thout
（℃）
Tcin
（℃）
Tcout
（℃）
冷水流量
mc
（kg/s）
熱水流量
mh
（kg/s）
qc
（J/s）
qh
（J/s）
△Tlm
（K）
U
（kw/m2-K）
六、結果與討論
1.本實驗之公式皆以q=UA△Tlm為基礎，為何不是q=UA△T？
解釋之！
2.穩態下，以qc=UA△Tlm為基礎
（a）將螺旋套管（雙套管）式熱交換器在逆流與並流時之「qc對流量之曲線」作在同一圖上，比較兩者qc之大小？
討論qc隨流量變化之趨勢？
（b）作螺旋套管（雙套管）式熱交換器在逆流與並流時之「U對流量之曲線」作在同一圖上？
比較兩者U之大小？
討論U隨流量變化之趨勢？
*討論U隨冷水流量之變化情形？
why？
（從各項熱阻著手，尤其是邊界層厚度與流速之關聯？
）
（c）作螺旋套管（雙套管）式熱交換器在逆流與並流時之「△Tlm對流量之曲線」作在同一圖上？
比較兩者△Tlm之大小？
討論△Tlm隨流量變化之趨勢？
（d）因qc=UA△Tlm，qc同時受U與△Tlm之影響，根據（a）（b）（c）討論逆流（或順流）之U與△Tlm對qc之影響何者佔優勢？
3.殼管式熱交換：
如同2，作逆流與並流時之「qc對流量之曲線」、「U對流量之曲線」、「△Tlm對流量之曲線」，比較逆流與並流之曲線，依問題2方式討論之。
4.在計算的時候用到q=UA△Tlm=mCp（△T），請問在此△Tlm與△T有何不同？
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