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1、气气列管换热实验指导书气气列管换热实验气气列管换热实验一、一、实实验目的验目的1测定列管式换热器的总传热系数。2考察流体流速对总传热系数的影响。3比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。二、基本原理二、基本原理在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图(41)所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。达到传热稳定时，有TTWtWt图 41 间壁式传热过程示意图Q m1cp1T1T2 m2cp2t2t1 KAtm式中：Q 传热量，J/s；（41）m1 热流体的质量流率，kg/s；c
2、p1 热流体的比热，J/(kg)；T1 热流体的进口温度，；T2 热流体的出口温度，；m2 冷流体的质量流率，kg/s；cp2 冷流体的比热，J/(kg)；t1 冷流体的进口温度，；t2 冷流体的出口温度，；K 以传热面积 A 为基准的总给热系数，W/(m2)；tm 冷热流体的对数平均温差，；热、冷流体间的对数平均温差可由式（42）计算，tmT1t2T2t1（42）lnT1t2T2t1列管换热器的换热面积可由式（43）算得，A ndL（43）其中，d 为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d 取列管内径），L 为列管长度，n 为列管根数，以上参数取决于列管的设
3、计，详见下文附表。由此可得换热器的总给热系数，K Q（44）Atm在本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管内、冷流体走管间形式，但是热流体热量仍会有部分损失，所以Q 应以冷流体实际获得的热能测算，即Q 2V2Cp2(t2t1)（45）则冷流体质量流量 m2已经转换为密度和体积等可测算的量，其中V2为冷流体的进口体积流量，所以2也应取冷流体的进口密度，即需更具冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。除查表外，对于在 0100之间，空气的各物性与温度的关系有如下拟合公式。（1）空气的密度与温度的关系式：10 t 4.510 t 1.2916523（2）空气的比热与温度的关系式：60
4、以下Cp1005J/(kg),70以上Cp1009J/(kg)。三、三、实验装置与流程实验装置与流程名称冷流体进口温度逆流出口温度并流出口温度热流体进口温度热流体出口温度热风流量冷风流量符号t1t2t2T1T2V1V2单位m3/hm3/h备注热流体走管内，冷流体走管间。列管规格即内径252mm，21mm，共7 根列管，长 1m，则换热面积共 0.462m2。本装置采用冷空气与热空气体系进行对流换热。热流体由风机 1 吸入经流量计 V1 计量后，进入加热管预热，温度测定后进入列管换热器管内，出口也经温度测定后直接排出。冷流体由风机 2 吸入经流量计 V2 计量后，由温度计测定其进口温度，并由闸阀
5、选择逆流或并流传热形式。即：上图冷风左侧进口阀打开即为逆着热风的流向，相应的也应打开对角处的逆流出口阀，这就是逆流换热的流程；类似的，将冷风右侧进口阀打开即为并着热风的流向，打开对角的冷流体并流出口阀，这就是并流换热的流程。冷热流体的流量可由各自风机的旁路阀调节。四、四、操作步骤操作步骤1.打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。2.打开热流体风机的出口旁路，启动热流体风机，再调节旁路阀门到适合的实验流量。（一般取热流体流量 6080 m3/h，整个实验过程中保持恒定。）3.开启加热开关，调节旋钮，使加热电压到一恒定值。（例如在室温 20左右，热流体风量 70 m3/
6、h，一般调加热电压150V，经约 30min 后，热流体进口温度可恒定在82左右。）4.待热流体在恒定流量下的进口温度相对不变后，可先打开冷流体风机的出口旁路，启动冷流体风机。5.若选择逆流换热过程，则将控制面板上温度切换显示开关调至逆流状态，打开冷流体进出管路上对应逆流流程的两个阀门。6.然后以冷流体流量作为实验的主变量，调节风机旁路，从2080 m3/h 流量范围内，选取 5 到 6 个点作为工作点进行实验数据的测定。7.待某一流量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后，可认为换热过程基本平衡了，抄录冷热流体的流量和温度，即完成逆流换热下一组数据的测定。之后，改变一个冷流体的风量，再待换热平衡抄录又一组实验数据。8.同理，可进行冷热流体的并流换热实验。注意：热流体流量在整个实验过程中最好保持不变，冷流体每次的进口温度会随风机发热情况不同，但在一次换热过程中，必须待热流体进出口温度相对恒定后方可认为换热过程平衡。9.实验结束，应先关闭加热器，待各温度显示至室温左右，再关闭风机和其他电源。五、五、实验报告实验报告1.逆流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K（逆）。2.并流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K（并）。