實驗二換熱器換熱效能實驗
一、實驗目的
1．測試換熱器的換熱能力；
2．了解傳熱驅動力的概念以及它對傳熱速率的影響。
二、實驗裝置
過程裝置與控制多功能實驗台
三、基本原理
換熱器工作時，冷、熱流體分別處在換熱管的兩側，熱流體把熱量通過管壁傳給冷流體，形成熱交換。當若換熱器沒有保溫，存在熱損失，則熱流體放出的熱量大於冷流體獲得的熱量。
熱流體放出的熱量為：
3-1）
式中 ：
——單位時間內熱流體放出的熱量， kw；
——熱流體的質量流率，kg/s；
——熱流體的定壓比熱，kj/kg·k，在實驗溫度範圍內可視為常數；
、——熱流體的進出口溫度，k或oc。
冷流體獲得的熱量為：
3-2）
式中 ：——單位時間內冷流體獲得的熱量，kj/s=kw；
——冷流體的質量流率，kg/s；
——冷流體的定壓比熱，kj/kg·k，在實驗溫度範圍內可視為常數；
、——冷流體的進出口溫度，k或oc。
損失的熱量為：
3-3)
冷熱流體間的溫差是傳熱的驅動力，對於逆流傳熱，平均溫差為
3-4）
式中：、。
本實驗著重考察傳熱速率q和傳熱驅動力之間的關係。
四、實驗要求
本實驗由學生自己設計實驗步驟，實驗中的要求如下：
1．學生根據裝置自己設定冷、熱流體的流程，然後開啟相應閥門；
2．離心幫浦使用前必須先灌幫浦，保證放淨幫浦內空氣；
3．實驗中建議熱流體流量保持0.3l/s不變，冷流體流量保持1.0l/s不變；
4．開始測試前必須先清空資料庫；
5．熱水加熱到設定溫度值後，開啟迴圈幫浦，使爐內水溫均勻後，再使用；
6．待冷流體的進出口溫度、及熱流體的出口溫度穩定後記錄資料；
7．改變爐內的設定溫度，重複操作。
8．寫出實驗報告。
9．以平均溫差為橫座標，熱流體放出的熱量和熱損失分別為縱座標作圖，對所得曲線進行分析。
10．回答思考題。
五、資料記錄和整理
保持熱流體流量及冷流體流量不變，改變熱流體的進口溫度，測量冷流體的進出口溫度、及熱流體的出口溫度，根據公式（3-1）和（3-2）分別計算熱流體放出的熱量和冷流體獲得的熱量，並由式（3-3）計算損失的熱量，根據公式（3-4）計算平均溫差，將測量和計算出的結果填入資料表3-1中。
表3-1 實驗測量和計算結果
思考題1． 熱量是如何損失的？怎樣才能減少熱量損失？
2． 在工程上，很多換熱器都採用逆流工藝流程，為什麼？
3．通過本實驗，說明提高換熱器中流體平均溫差的優、缺點。
實驗三流體傳熱系數測定實驗
一、實驗目的
1．測定換熱器的總傳熱系數；
2．了解影響換熱器換熱效能的引數。
二、實驗裝置
過程裝置與控制多功能實驗台
三、基本原理
換熱器的傳熱速率q可以表示為：
4-1）
式中 ：——單位時間傳熱量， w；
k——總傳熱系數，w/m2·k；
a——傳熱面積，，m2；
tm——平均溫差，k或oc。
在本實驗以及以後的實驗中：d=10mm、n=139、l=1092mm分別為換熱管的外徑、根數和換熱長度。
對於逆流傳熱，平均溫差為：
4-2）
式中：、
、——熱流體的進出口溫度，k或oc；
、——冷流體的進出口溫度，k或oc。
由式4-1可得：
4-3）
可由熱流體放出的熱量或冷流體獲得的熱量進行計算，即：
4-4）
或4-5）
式（4-4）和式（4-5）中有關符號說明見實驗六。
根據式（4-3）和式（4-4）或（4-5）就可以測定在實驗條件下的總傳熱系數k。k的理論計算參考本實驗附錄。
由於溫度感測器測得的資料可能並不是換熱器流體入口和出口的溫度，因此，要進行管路熱量損失計算，求出換熱器流體入口和出口的溫度，計算過程見實驗四，這裡不再重複。
四、實驗要求
本實驗由學生自己設計實驗步驟，實驗中的要求如下：
1．學生根據裝置自己設定冷、熱流體的流程，然後開啟相應閥門；
2．離心幫浦使用前必須先灌幫浦，保證放淨幫浦內空氣；
3．實驗中建議熱流體流量保持0.3l/s不變，冷流體流量0.4l/s到1.3l/s；
4．開始測試前必須先清空資料庫；
5．熱水加熱到設定溫度值後，開啟迴圈幫浦，使爐內水溫均勻後，再使用；
6．改變熱流體的進口溫度，待冷流體的進出口溫度、及熱流體的出口溫度穩定後記錄資料；
7．寫出實驗報告。
8．根據所測引數，參照附錄計算總傳熱系數k並與實驗結果進行比較。以流量為橫座標，總傳熱系數k為縱座標，作的理論與實驗曲線，對所得曲線進行分析。
9．回答思考題。
五、資料記錄和整理
保持熱流體流量不變，改變冷流體流量，測量冷、熱流體的進出口溫度、、、，根據式（4-2）計算平均溫差tm，根據式（4-4）計算熱流體放出的熱量，根據式（4-5）計算冷流體獲得的熱量，根據式（4-3）計算總傳熱系數k。將測量和計算出的結果填入資料表4-1中。
表4-1 實驗測量和計算結果
思考題1．總傳熱系數k和流體對流傳熱系數及汙垢熱阻r有怎樣的關係，為什麼流體流量大小會影響總傳熱系數k？
2．有些換熱器被設計成多管程或多殼程，試根據本實驗結果說出其中的道理？
實驗四換熱器管程和殼程壓力降測定實驗
一、實驗目的
1. 測量換熱器管程和殼程的流體壓力損失；
2．分析壓力損失和流速之間的關係。
二、實驗裝置
過程裝置與控制多功能實驗台
三、實驗原理
流體流經換熱器時會出現壓力損失，它包括流體在流道中的損失和流體進出口處的區域性損失。通過測量管程流體的進口壓力、出口壓力，便可以得到管程流體流經換熱器的總壓力損失；通過測量殼程流體的進口力、出口壓力，便可以得到殼程流體流經換熱器的總壓力損失。
換熱器管程和殼程壓力降的理論計算見實驗附錄。
四、實驗步驟
1．開啟冷流體管程入口閥、冷流體管程出口閥，其他閥門關閉，使冷流體走管程；
2．開啟自來水閥門灌幫浦，保證離心幫浦中充滿水，開排氣閥放淨空氣；
3．關水，啟動幫浦；
4．調節出口流量調節閥，依次改變冷流體流量從1.3l/s到2.2l/s；
5．清空資料庫，記錄資料；
6．關幫浦，切換管路，開啟冷流體殼程入口閥、冷流體殼程出口閥，其他閥門關閉，使冷流體走殼程；
7．調節出口流量調節閥，改變冷流體流量從0.4 l/s到2.2l/s；
8．清空資料庫，記錄資料。
五、資料記錄和整理
讓冷水走管程，並改變流量，測量管程流體的進出口壓力、，計算壓力損失；切換管路，讓冷水改走殼程，並改變流量，測量殼程流體的進出口壓力、，計算壓力損失。將測量和計算出的結果填入資料表8-1中。
表8-1 實驗測量和計算結果
六、要求
1．寫出實驗報告。
2．根據所測流量和，參照實驗五附錄計算管程流體流經換熱器的壓力損失並與實驗結果進行比較。以流量為橫座標，壓力損失為縱座標，作的理論與實驗曲線及實驗曲線，對所得曲線進行分析。
3．回答思考題。
思考題1． 如何降低換熱器中的阻力損失？
2． 管程壓力損失有多項組成，分析比較它們的相對大小。
3． 通過實驗五和實驗六，說明提高換熱器中流體流速的優、缺點。
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