换热器性能综合测试实验解析Word格式.docx
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7.钎焊板式换热器：
0.144m'
8.电加热器总功率：
＜3.5kW
9.安全保护：
设有电流型漏电保护、接地保护，安全符合国家标准。
四、系统配萱
1.被控对象系统：
主要由不锈钢钢架、热水箱、热水泵、冷水箱、冷水泵、涡轮流量计、PT100温度传感器、板式换热器、列管式换热器、套管式换热器、螺旋板式换热器、冷凝器、电加热棒、电磁阀、电动球阀、黄铜闸阀以及管道管件等。
2.控制系统：
主要由电源控制箱、漏电保护器、温度控制仪、流量显示仪、调压模块、开关电源以及开关指示灯等。
第二节换热器的认识
一、换热器的形式
能使热流体向冷流体传递热量，满足工艺要求的装置称为换热器。
换热器的形式有很多，用途也很广泛。
诸如为髙炉炼铁提供热风的热风炉，就是一座大型蓄热式陶上换热器：
热电厂锅炉上的髙温过热器是以辐射为主的髙温换热器，而省煤器是以对流为主的交叉流换热器：
冶金工厂安装在髙温烟道中的热回收装置常用片状管式、波纹管式、插件式等型式换热器：
制冷系统上的冷凝器、蒸发器属于有相变流体的换热器，这类换热器无所谓顺流或逆流；
内燃机的冷却水箱属于交叉流间壁式换热器的一种。
二、几种主要的换热器
1.列管式换热器（图1）
列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
列管式换热器可以采用普通碳钢、紫铜或不锈钢进行制作。
在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管道中流动，从封头另一端的岀口管流出，这称之管程；
另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。
列管式换热器有多种结构形式，常见的有固左管板式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器及U型管式换热器。
2•螺旋板式换热器（图2）
螺旋板式换热器（SHE）结构简单而精密，它由两块或四块长金属薄板绕同一个中心卷制而成，板与板之间焊有左距柱，形成了两条或四条间距相同又各自完全独立的螺旋形流道。
螺旋板式换热器的流道呈同心状，同时具有一泄数疑的泄距柱。
流体在雷诺数较低时，也可以产生湍流。
通过这种优化的流动方式，流体的热交换能力得到了提高，颗粒沉积的可能性下降。
由于流道的几何形状具有很大的灵活性，因此，螺旋板式换热器可以根据已有的条件和需求进行适当的调整。
同时，螺旋板式换热器具有比较长的单独流道，可以为许多不易处理的流体提供足够长的热交换距离，这样，流体可以在一个设备中进行完全处理，并且避免了由于流体的突然转向而产生的堵塞问题。
螺旋板式换热器采用单流道结构设汁，因此采用化学方法对流道内部进行淸洗具有很好的效果。
有盖板的螺旋板式换热器，盖板一般都配有钩头螺栓，以便于打开盖板，用机械方式对流道内部进行淸洗。
而在处理污泥和泥浆的设备上，盖板一般都安装有脚轮或者吊架，这样可以更快捷的打开盖板。
3.套管式换热器（图3）
套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。
两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为“一程”，程的内管（传热管）借U形肘管，而外管用短管依次连接成排，固泄于支架上。
热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。
通常，热流体由上部引入，而冷流体则由下部引入。
套管中外管的两端与内管采用焊接或法兰连接。
内管与U形肘管多用法兰连接，便于传热管的消洗和增减。
每程传热管的有效长度取4〜7m,这种换热器传热而积最髙达18m2,故适用于小
容量换热。
当内外管壁温差较大时，可在外管设置U形膨胀肖或内外管间釆用填料函滑动密封,以减小温差应力。
管子可用钢、铸铁、陶瓷和玻璃等制成，若选材得当，它可用于腐蚀性介质的换热。
这种换热器具有若干突岀的优点，所以至今仍被广泛用于石油、石汕化工等工业部门。
4.板式换热器（图4）
板式换热器属于髙效换热设备。
在实际应用中有两种，一种是旋压法制造的伞板式换热器，另一种是冲压法制造的平板换热器。
英结构特点如下：
1、体积小、占地面积少：
2、传热效率高;
3、组装灵活：
4、金属消耗量低：
5、热损失小：
6、拆卸、淸洗、检修方便；
7、使用安全可靠:
&
有利于低温热源的利用：
9.冷却水量小：
10、阻力损失少：
11、投资效率髙。
图1列管式换热器原理图
卞羚水出
图2螺旋板式换热器
图3套管式换热器原理
图4板式换热器原理
第二章换热器性能综合测试实验
—、实验目的
1.熟悉板式、套管式、螺旋板式、列管式换热器的结构，掌握其传热性能及测量计算方法:
2.了解和掌握套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及英性能的差别。
3.了解和认识顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力的产别。
4.学会换热器的操作方法，掌握换热器主要性能指标的测左方法。
二、实验原理
换热器性能测试试验，主要对应用较广的间壁式换热器中的四种换热：
套管式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。
其中，对套管式换热器、板式换热器和螺旋板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性能测试，而列管式换热器只能作一种流动方式的性能测试。
装置上的板式、套管式、螺旋板式、列管式换热器都属于间壁式金属换热器，热交换介质为冷热水。
通过换热器性能测试试验，测泄并计算出换热器的总传热系数，对数平均传热温差和热平衡误差等，绘制传热性能曲线，并作比较：
（1）以传热系数为纵坐标，冷水（热水）流速（或流量）为横坐标绘制传热性能曲线：
并就不同换热器，两种不同流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。
（1）换热器的传热方程为
Q=KF'
J
（2）热水和冷水热交换平衡方程式为
即Ge（5-th2）=Gccpc（tc2一為）
式中0—换热器整个传热面上的热流量W
K一总传热系数VV/（w2-°
C）
F—总传热而积nr
△g—换热器的平均温差或平均温压°
C
0心『一热水放热量w
Qcold-冷水放热量W
GtGcold-热、冷水的质量流量kgls
“■―热、冷水的定压比热制/伙g・°
5、hi-热水的进、出口温度°
tc2-冷水的进.出口温度°
（3）换热器的平均温差，不论顺流.逆流都可以采用对数平均温差的形式
△/—△/,
式中
卜=_^nax——竺（e=2.71828）
△/
In2^1
min
A/max-冷、热水在换热器某一端最大的温差°
△⑴山一冷、热水在换热器某一端最小的温差°
（4）以热水放热量为基准，设热水放热量和冷水吸热量之和的平均值为换热器的整个传热而
上的热流量，则有
（5）热平衡误差
5=°
也'
_Q空xlOO%
Q
（6）总传热系数K=—J
F£
（7）热、冷流体的质量流量Ghw、G讪孑是根据浮子流量计读数转换而来的，可以按照以下公式换算1山=0.000278kg/s
三、实验设备
本实验装置采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验；
如工作原理图5所示。
换热形式为热水—冷水换热式。
1•热水泵2•热水泵3•热水流量计4•冷水箱5•冷水泵6•冷水流量计7•冷水顺逆流换向阀门组
8•列管式换热器9.套管式换热器10•板式换热器11•螺旋板式换热器
换热器实验台有关结构参数见表1。
表1换热器的结构参数
换热器总传热面积（mJ
电加热器功率（kW）
热水泵
板式
列管式
螺旋管式
套管式
自动
功率
W
允许水
温°
0.144
0.5
1
0.14
3
90
<
100
四、实验设计内容：
1.根据实验目标和换热器综合实验台，编写岀实验工作原理和实验数据计算处理公式。
2.实验方案设汁，包括实验思路、实验工况点的选择、热水进口温度大小选取、冷热水流
量大小选择等。
3.实验操作步骤设计，将整个实验操作过程步骤、注意事项编写岀来。
4.设计出实验数据记录表格，记录实验数据，实验数据的处理计算，并对实验结果进行分析，得出实验结论。
5.提交实验设计报告书。
五、实验步骤及记录
1.实验前的准备工作
（1）熟悉实验台的工作流程和各个仪表的工作原理、使用方法，
（2）更换并安装好需要测量的换热器：
（3）按顺流或逆流方式调整好冷水换向阀门：
（4）热水箱充水至水箱容积的3/4左右，冷水箱充满，或连接好自来水进水管。
2.实验步骤
（1）接通电源，将热水箱的手动和自动电加热器全部投入使用：
（2）调整控温仪，使加热水温被控制在75°
C以下的某一指怎温度：
（3）当自动电加热器第一次动作以后，可切断手动电加热器开关。
这时水箱加热系统就进入自动控制温度的状态：
（4）启动冷水泵，并调整到合适流量。
经过一段时间，冷热水热交换达到相对稳泄状态。
所谓稳左状态，是指利用琴键开关和温度数字显示表观测换热器冷热水的进出口温度，英不随时间变化的状态。
注意测泄传热性能曲线时要改变几个冷热水的流量参数。
3.原始数据记录
当状态稳定后，参考表2的模式记录相关参数。
表2实验数据记录
换热器型式
热交换形式
测量次数
热流体
冷流体
进水
岀水
流量
G®
l/h
进水°
•C
出水
Ggl」h
2
六数据处理结果
1.以换热器入口和岀口位置为横坐标，以温度为纵坐标，绘制换热器顺逆流温度分布简图；
2•以冷水流呈为横坐标，以传热系数为纵坐标，绘制换热器传热性能曲线；
3•以热水流量为横坐标，以传热系数为纵坐标，绘制换热器传热性能曲线。
七、测量校核曲线
1•换热器热水进出口温度曲线
121620242832364044485256606468
X测垦摄氏温度（。
＜：
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?
（）
20-
10
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9
I1
0-
-U
X测星摄氏溫度（°
X测量流量（L/h）
八、思考题
1.你曾接触过哪些换热器，它们的结构和性能有什么区别？
2.增强传热的方法有哪些？
九、注意事项
1.由于热水泵的性能限制，热水箱内的加热水温一般不要超过70°
2.启动冷水泵后，当切换冷水阀门顺逆流时，要注意先打开某一对阀门通路然后再关闭另一对阀门通路，否则会使水泵出问题。
3.实验结束后首先关闭电加热器，再然后关闭冷、热水泵，5分钟后切断全部电源。
第二章具体实验指导书
实验一套管式换热器性能测试
一、实验目的
1、熟悉套管式换热器的结构。
2、了解套管式换热器的工作原理。
3、掌握套管式换热器传热性能的测量计算方法。
4、测定套管式换热器的总传热系数，对数平均传热温差及热平衡误差。
5、绘制套管式换热器传热性能曲线。
6、掌握套管式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。
二、实验原理
1、套管式换热器的结构及换热原理
套管式换热器是以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。
两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为“一程”，程的内管（传热管）借U形肘管,而外管用短管依次连接成排，固定于支架上（图中a）。
热量通过内管管壁由一种流体传递给另--种流体。
通常，热流体（A流体）由上部引入，而冷流体（B流体）则由下部引入。
内管与U形肘管多用法兰连接，便于传热管的清洗利增减。
每程传热管的有效长度取4〜7米。
这种换热器传热而积最高达18米'
，故适用于小容量换热。
当内外管壁温差较大时,可在外管设置U形膨胀节（图中b）或内外管间采用填料函滑动密封（图中c）,以减小温差应力。
管子可用钢、铸铁、陶瓷和玻璃等制成，若选材得当，它可用于腐蚀性介质的换热。
这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油、石油化工等工业部门。
它的主要优点是：
（1）结构简单，传热面积增减自如。
因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外加工。
（2）传热效能高。
它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的给热系数，因此它的传热效果好。
液-液换热时，传热系数为870〜1750W/（m—°
C）。
这一点特别适合于高压、小流量、低给热系数流体的换热。
套管式换热器的缺点是占地面积大：
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