第一章实验装置说明
第一节系统概述
一、装置概述
目前我国传热元件的结构形式繁多，其换热性能差异较大，在合理选用和设计换热器的过程中，传热系数是度量其性能好坏的重要指标。本装置通过以应用较为广泛的间壁式换热器（共有套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器四种）为实验对象，对其传热性能进行测试。。
二、系统特点
1.采用四种不同结构的换热器（分别为套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器）作为实验对象，对其进行性能测量。
2.实验装置可测定换热器总的传热系数、对数传热温差和热平衡误差等，并能根据不同的换热器对传热情况和性能进行比较分析。
3.实验装置采用工业现场的真实换热器部件，与实际应用接轨。
三、技术性能
1.输入电源：三相五线制 AC380V±10% 50Hz
2.工作环境：温度-10℃～+40℃；相对湿度＜85%(25℃)；海拔＜4000m
3.装置容量：＜4kVA
4.套管式换热器：换热面积0.14m2
5.螺旋板式换换热器：换热面积1m2
6.列管式换热器：换热面积0.5m2
7.钎焊板式换热器：0.144m2
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、系统配置
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。诸如为高炉炼铁提供热风的热风炉，就是一座大型蓄热式陶土换热器；热电厂锅炉上的高温过热器是以辐射为主的高温换热器，而省煤器是以对流为主的交叉流换热器；冶金工厂安装在高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，从封头另一端的出口管流出，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，常见的有固定管板式换热器、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，板与板之间焊有定距柱，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，同时具有一定数量的定距柱。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计，因此采用化学方法对流道内部进行清洗具有很好的效果。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清洗。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,固定于支架上。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,便于传热管的清洗和增减。每程传热管的有效长度取4～7m，这种换热器传热面积最高达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形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封,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。
4.板式换热器（图4）
板式换热器属于高效换热设备。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。其结构特点如下：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、清洗、检修方便；
7、使用安全可靠；
8、有利于低温热源的利用；9、冷却水量小；10、阻力损失少；11、投资效率高。
图1 列管式换热器原理图图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
一 、 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其性能的差别。 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定方法。 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，测定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
m t KF Q ?=
(2)热水和冷水热交换平衡方程式为
cold heat Q Q =
即 ,12,21()()h p h h h c p c c c G c t t G c t t -=- 式中 Q ―换热器整个传热面上的热流量 W K ―总传热系数 )/(2C m W
? F ―总传热面积 2
m
m t ?―换热器的平均温差或平均温压 ℃ heat Q ―热水放热量 W cold Q ―冷水放热量 W
heat G 、cold G －热、冷水的质量流量 s kg / h p c ,、c p c ,―热、冷水的定压比热 )/(C kg kJ
? 1h t 、2h t ―热水的进、出口温度 ℃ 1c t 、2c t ―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 min
max min
max ln
t t t t t m ????=
?－(e=2.71828) 式中
m ax t ?―冷、热水在换热器某一端最大的温差 ℃
min t ?―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面上的热流量，则有
2
cold
heat Q Q Q +=
(5)热平衡误差
Q Q Q cold
heat －＝
δ?100％
(6)总传热系数 m
t F Q
K ?=
(7)热、冷流体的质量流量heat G 、cold G 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s kg h l 000278.0＝
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。
图5 换热器综合实验台原理图
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（m2）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℃
0.1440.510.14390<100
四、实验设计内容：
1．根据实验目标和换热器综合实验台，编写出实验工作原理和实验数据计算处理公式。
2．实验方案设计，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、注意事项编写出来。
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℃以下的某一指定温度；
(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定状态。所谓稳定状态，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，其不随时间
变化的状态。注意测定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
1.以换热器入口和出口位置为横坐标，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；
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
12
1620242832364044485256606468121620242832364044485256606468
12
1620242832364044485256606468
Y 实际摄氏温度 （℃）
X 测量摄氏温度 （℃）
01020304050607080
9001020304050607080
900102030405060708090
Y 实际摄氏温度 （℃）
X 测量摄氏温度 （℃）
020406080100120140
160020406080100120140160
20406080100120140160
Y 实际流量 （L /h ）
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一种流体。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。
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,便于传热管的清洗和增减。每程传热管的有效长度取4～7米。这种换热器传热面积最高达
18米2
,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 2
·℃）。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；单位传热面积金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。
为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。
2、套管式换热器数据计算 (1)换热器的传热方程为
m t KF Q ?=
(2)热水和冷水热交换平衡方程式为
cold heat Q Q =
即 ,12,21()()h p h h h c p c c c G c t t G c t t -=-
式中 Q ―换热器整个传热面上的热流量，W
K ―总传热系数，)/(2C m W ? F ―总传热面积，2m
m t ?―换热器的平均温差或平均温压，℃ heat Q ―热水放热量，W
cold Q ―冷水放热量，W
heat G 、cold G －热、冷水的质量流量，s kg / h p c ,、c p c ,―热、冷水的定压比热，)
/(C kg kJ ?
1h t 、2h t ―热水的进、出口温度，℃
1c t 、2c t ―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，其公式为
min
max min
max ln
t t t t t m ????=
?－ (e=2.71828)
式中 m ax t ?―冷、热水在换热器某一端最大的温差，℃ min t ?―冷、热水在换热器某一端最小的温差， ℃
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面上的热流量，则有
2
cold
heat Q Q Q +=
(4)热平衡误差方程为
Q
Q Q cold
heat －＝
δ?100％
(5)总传热系数方程为
m
t F Q
K ?=
(6)热、冷流体的质量流量heat G 、cold G 是根据流量计读数转换而来的，可以按照以下公式换算：
s kg h l 000278.0＝
三、实验步骤
进行套管式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进行，否则极有可能损坏实验设备。 1、将水泵进口处的过滤器螺母拧开，取出过滤器里面的过滤网，将过滤网放到清水中洗去上面的污物，以防过滤网上污物太多，堵塞热水和冷水管路系统。清洁完成后，将过滤网放回过滤器中，利用扳手将过滤器螺丝拧紧，以防漏水。
2、检查冷水管及热水管上的阀门，使其处于最大的开启状态，以防管路不通。
3、将冷水箱和热水箱里加满水。热水泵工作时，出水口有水流出，此时热水箱水面应位于加热管以上，且距加热管至少10cm 。冷水泵工作时，出水口有水流出，此时冷水箱水面应位于
水泵进水口以上，且距水泵进水口至少
第一章实验装置说明 第一节系统概述 一、装置概述 目前我国传热元件的结构形式繁多，其换热性能差异较大，在合理选用和设计换热器的过程中，传热系数是度量其性能好坏的重要指标。本装置通过以应用较为广泛的间壁式换热器（共有套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器四种）为实验对象，对其传热性能进行测试。。 二、系统特点 1.采用四种不同结构的换热器（分别为套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器）作为实验对象，对其进行性能测量。 2.实验装置可测定换热器总的传热系数、对数传热温差和热平衡误差等，并能根据不同的换热器对传热情况和性能进行比较分析。 3.实验装置采用工业现场的真实换热器部件，与实际应用接轨。 三、技术性能 1.输入电源：三相五线制 AC380V±10% 50Hz 2.工作环境：温度-10℃～+40℃；相对湿度＜85%(25℃)；海拔＜4000m 3.装置容量：＜4kVA 4.套管式换热器：换热面积0.14m2 5.螺旋板式换换热器：换热面积1m2 6.列管式换热器：换热面积0.5m2 7.钎焊板式换热器：0.144m2 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、系统配置 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，
换热器综合台试验台使用说明 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三种换热器—套管式换热器、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，而列管式换热器只作一种流动方式的性能测试。 换热器性能试验的内容主要为测试换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同的换热器、不同两种流动方式、不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。 一、实验目的 1.熟悉换热器性能的测试方法； 2.了解套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别； 3.加深对顺流和逆流两种换热器换热能力差别的认识。 二、实验内容及步骤 换热器性能试验的内容主要是测定换热器的总传热系数、对数传热温差和热平衡误差等，并就不通换热器、补贴两种流动方式、不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。 1.实验前的准备工作 1）熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能； 2）更换并安装好需要测试的换热器； 3)按顺流（或逆流）方式调整冷流换向阀门组各阀门的开或闭。 4）冷、热水箱充水。 2.进行试验 1）接通电源，启动冷水泵和热水泵（为提高热水温升速度，可先不启动冷水泵），并调节好合适的流量。 2）调整控温仪，使其能使加热水温控制在80摄氏度以下的某一指定温度。 3）将热水箱的手动和自动加热器均送电投入使用。 4）待自动电加热器第一次动作之后，切断手动电加热器开关。此后，加热系统进入自动控温状态。 5）利用温度测点选择琴健开关和温度数显示仪，观测和检查换热器冷热流体的进出口温度。 6）待冷热流体的温度基本稳定后，即可测出这些测温点的温度数值，同时在流量计上测读冷、热流体的流量读数，并将上述测试数据录入实验记录表中。 7）如需改变流动方向（顺逆流）的试验，或需绘制换热器传热性能曲线而要求改变工况（如改变冷热水流速或流量）进行试验，或需要重复进行试验时，都要重新安排试验方法与上述基本相同。记录下这些试验的测试数据。 8）实验结束后，首先关闭电加热器，5分钟后切断全部电源。 注意事项： 1.热流体在热水箱中加热温度不得超过80℃； 2.实验台使用前应加接地线，以保安全。
动力工程学院研究生实验报告题目：换热器综合实验 学号：20121002012 姓名：毛娜 教师：王宏 动力工程学院中心实验室 2013年7月
报告内容 一实验背景 换热器在工业生产中是经常使用的设备。热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷流体，以满足生产工艺的要求。本实验主要对应用较广的间壁式换热器中的三种换热：套管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。通过实验，主要达到以下目的： 1、熟悉换热器性能的测试方法； 2、了解套管式换热器，螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别； 3、加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识。 二实验方案 （一）实验装置 实验装置简图如图1所示： 图1 实验装置简图 1. 热水流量调节阀 2. 热水螺旋板、套管、列管启闭阀门组 3. 冷水流量计 4. 换热器进口压力表 5. 数显温度计 6. 琴键转换开关 7. 电压表 8. 电流表 9. 开关组 10. 冷水出口压力计11. 冷水螺旋板、套管、列管启闭阀门组 12. 逆顺流转换阀门组13. 冷水流量调节阀
换热器性能试验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。 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2所示。换热形式为热水—冷水换热式。热水加热采用电加热方式，冷—热流体的进出口温度采用数显温度计，可以通过琴键开关来切换测点。 注意事项： ①热流体在热水箱中加热温度不得超过80℃； ②实验台使用前应加接地线，以保安全。 图2 换热器综合实验台原理图 1. 冷水泵 2. 冷水箱 3. 冷水浮子流量计 4. 冷水顺逆流换向阀门组 5. 列管式换热器 6. 电加热水箱 7. 热水浮子流量计8. 回水箱9. 热水泵10. 螺旋板式换热器11. 套管式换热器 （二）实验台参数 1、换热器换热面积{F}： （1）套管式换热器：0.45m2 （2）螺旋板式换热器：0.65 m2 （3）列管式换热器：1.05 m2 2、电加热器总功率：9.0KW 3、冷、热水泵：
Q/SH1020 中国石化集团胜利石油管理局企业标准 Q/SH1020 ××××－×××× 液—液换热器传热性能测试 与计算方法 2005－××－××发布 2005－××－××实施中国石化集团胜利石油管理局发布
Q/SH1020××××－×××× 目次 前言 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 总则 (1) 4 术语和定义 (1) 5 测试 (1) 6 换热器热负荷和传热性能指标计算 (2) 7 测试报告主要内容 (4) 附录A（资料性附录）测试计算数据综合表 (5) 附录B（资料性附录）测试数据汇总表 (6) 附录C（提示性附录）符号 (6) I
Q/SH1020××××－×××× 前言 本标准的附录A、附录B为资料性附录，附录C为提示性附录。 本标准由胜利石油管理局节能专业标准化委员会提出并归口。 本标准由中国石化集团胜利石油管理局批准。 本标准起草单位：中国石化胜利油田有限公司技术检测中心能源监测站。 本标准主要起草人：许涛、宋鑫、王强、王贵生、周长敬、李忠东、邓寿禄、冯国栋、郑召梅。 II
液-液换热器传热性能测试与计算方法 1 范围 本标准规定了液-液换热器传热性能的测试方法、技术要求、测试用仪器仪表、计算方法及测试报告主要内容。 本标准适用于液-液换热器（以下简称换热器）。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方，研究是否可使用这些文件的最新版本。 GB 151-1999 管壳式换热器 GB16409-1996 板式换热器 3 总则 3.1 换热器传热性能测试体系是由被测试换热器、冷热流体循环系统及测试仪表组成。 3.2 换热器型号表示方法符合GB 151-1999中3.10和GB16409-1996中3.5的规定。 3.3 换热器传热性能测试分级：一级测试为鉴定新投产换热器的测试，二级测试为换热器运行中的测试。 4 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 4.1 液-液换热器 指水-水、水-油、油-油等以液体与液体之间进行热交换的换热器。 4.2 换热器一次侧 指热量的提供侧，即高温介质端。 4.3 换热器二次侧 指热量的接收侧，即低温介质端。 4.4 换热器传热性能指标 4.4.1 对数平均温差 指冷热流体平均温差的表示，表征换热器传热的动力。 4.4.2 传热效率 指实际传热量与最大理论传热量之比值。 4.4.3 传热面积 指从放热介质中吸收热量并传递给受热介质的表面积。 4.4.4 传热系数 指单位传热面积上，冷热流体的平均温差为1℃时，两流体通过换热器所传递的热量。 4.5 额定热负荷 指换热器使用设计的介质流体，在设计参数下运行，即在规定的介质流量、温差和一定的传热效率下连续运行时，单位时间的传热量。 4.6 运行热负荷 指在换热器连续运行工况下，单位时间的传热量。 4.7 热平衡相对误差 指一次侧热负荷与二次侧热负荷之差值与一次侧热负荷之比。 4.8 传热系数误差 指在额定热负荷工况下测试两次所得的传热系数，两值之差与其中较大的传热系数之比。 5 测试 5.1 测试技术要求 1
*********************************************************** 空气 水热交换器实验 ************************************************************ 指导说明书 同济大学热能实验室 陈德珍 2000年1月
第一部分空冷器实验台系统说明 本实验台是上海交通大学开发、针对换热器课程的教学要求而设计的科教产品。所用的换热器为一较小的间壁式换热器，空气—水作为介质，实验台由独立的风源，热水源，温度控制器等组合而成，有较大的灵活性，以后还可发展冷却塔性能试验。 一、实验台组成、系统、设备及仪表 实验台系统的简图见图1，主要由风源、热水源、可控硅温度控制器组成。且各自独立，有较大的灵活性。 主要性能： 1.风源：风机：电机：400w，三相380v 风量：800m3/h 风压：60mmH2O 出风口尺寸：200×135mm 吸风口配二只可叠套的橡胶收缩风口，测速段处直径分别为 D1=120mm及D2=60mm, 2.热水源：水箱尺寸：445×245×575mm 水泵：电机：120W 单相220v 流量：1.5m3/h 压头：12mH2O 加热器：3KW 220V 3只 转子流量计：LZB-25 60-600L/h 3.可控硅温度控制器：TA-092 PID调节仪 ZK-03 三相可控硅电压调整器 最大输出功率10KW 铂电阻温度传感器BA20~100℃ 可控硅 3CT 20A/1000V 电源：三相380V 4.试验用换热器 实验所用的间壁式换热器为一较紧凑的翅片管式散热器，由铜管束套带皱折的铝整 体翅片构成，见图2。 主要参数： 管束：紫铜管管径：d0=10mm d1=8mm 节距横向：s1=45mm 纵向：s2=13mm 翅片：铝制、皱折、整片 片厚：δ=0.1mm 片节距：t=2.6mm 试件总体尺寸： 水侧：横向管数：n1=3 纵向管排数：n2=8 总管数：n=n1×n2=24 水通道并联管子数：即n1=3 管子总长度：L=a×n=0.2×24=4.8m 通道面积：F w=n1×π×d1×d1/4 =1.508×10-4㎡ 气侧：通道尺寸：a=200mm b=130mm h=116mm 翅片数：m=76
实验四换热器综合实验报告 一、实验原理 换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用的均是间壁式换热器，热量通过 固体壁面由热流体传递给冷流体，包括：套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器。针对上述三种换热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡温度等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。 传热过程中传递的热量正比于冷、热流体间的温差及传热面积，即Q = KAΔT （1） 式中：A—传热面积，m2 （1）套管式换热器：0.45m2 （2）板式换热器：0.65m2 （3）管壳式换热器：1.05m2 电加热器：6kV ΔT—冷热流体间的平均温差，℃ K—换热器的传热系数，W/(m·℃) Q—冷热流体间单位时间交换的热量，W.冷热流体间的平均温差ΔT 常采用对数平均温差。对于工业上常用的顺流和逆流换热器，对数平均温差由下式计算 除了顺流和逆流按公式（2）计算平均温差以外，其他流动形式的对数平均温差，都可 以由假想的逆流工况对数平均温差乘上一个修正系数得到。修正系数的值可以由各种传热学书上或换热器手册上查得。 换热器实验的主要任务是测定传热系数K。实验时，由恒温热水箱中出来的热水经水泵
和转子流量计后进入实验换热器内管。在热水进出换热器处分别用热电阻测量水温。从换热 器内管出来的已被冷却的热水仍然回到热水箱中，经再加热供循环使用。冷却水由冷水箱经 水泵、转子流量计后进入换热器套管，在套管中被加热后的冷却水排向外界，一般不再循环 使用。套管外包有保温层，以尽量减少向外界的散热损失。冷却水进出口温度用热电阻测量。 通常希望冷热侧热平衡误差小于3%。 实验中待各项温度达到稳定工况时，测出冷、热流体进出口的温度和冷、热流体的流量， 就可以由下式计算通过换热面的总传热量 根据计算得到的传热量、对数平均温差及已知的换热面积，便可由公式（1）计算出传热系数K 。 换热器类型 方式 热进温度 热出温度 冷进温度 冷出温度 热流体流量 冷流体流量 板式 顺流 57.1 43.5 22.8 31.8 78 72 逆流 56.5 35.9 23.1 33.1 76 72 套管式 顺流 57.6 40.7 22.5 31.6 72 78 逆流 56.8 35.2 22.1 33 72 64 管壳式 顺流 57.1 40.5 22.5 31.3 76 72 逆流 57.2 41.1 22.6 32 74 65 计算传热系数K 和换热器效率 TA Q K ?=
换热能力验证 1、试验目的 验证换热器的换热性能流体阻力特性。 2、实验依据 JB/T 10379-2002 换热器热工性能和流体阻力特性通用测定方法。 3、试验单位资质 ISO17025 4、实验条件 4.1试验地点 4.2 试验对象 4.3 实验设备 序号名称数 量型号测试厂家鉴定单位合格证 到期日期 1 涡轮流量传 感器 1 LWGY-40 2 压力传感器 1 DW115DP0-500Kpa 3 水银温度计 2 50-100 4 温度传感器 6 PT100 5 风速仪 1 VT100 6 压力传感器 1 475-0 MARK III 4.4状态要求 乙二醇溶液额定流量15 l/min 冷风额定流量0,475 m3/s 乙二醇溶液配比48/52%（体积比）
4.5环境要求 测试环境温度为20 .....+45 ℃左右 5、试验步骤 5.1 换热量测试—变冷介质流量（在100%通风面积和90%通风面积两种条件下分别测试） 5.1.1 将换热器按照JB/T 10379-2002 图2安装到测试台上。 5.1.2 冷介质进口温度为环境温度a℃ 5.1.3 热介质进口温度为a+20℃。 5.1.4 调节热介质在15 l/min 5.1.5 将冷却介质（冷却风）分别调节到0.5m3/s，0.9m3/s，1.3m3/s，1.76m3/s，2.2m3/s， 2.64m3/s， 5.1.6 按照JB/T10379-2002 记录各项测试参数值。 5.1.7 计算换热量 冷介质热流量 热介质热流量 平均换热量 热平衡误差 5.2 换热量测试-变热介质流量
5.2.1 将换热器按照JB/T10379-2002 要求安装到测试台上。 5.2.2 冷介质进口温度为环境温度a ℃ 5.2.3 热介质进口温度为a+20℃ 5.2.4 按照下表调节冷热测流量 5.2.5 按照JB/T10379-2002 记录各项测试参数值 5.2.6 计算换热量 冷介质热流量 热介质热流量 平均换热量 热平衡相对误差 5.3 风侧阻力曲线 5.3.1 换热面积100% 5.3.1.1 将换热器按照JB/T10379-2002 图2要求安装到测试台上 5.3.1.2 冷风测试温度：环境温度20-45℃ 5.3.1.3 控制热介质（乙二醇溶液）在15 l/min 5.3.1.4 控制热介质（乙二醇溶液进口温度为75℃，进出口平均温度72℃。 5.3.1.5 冷风变化范围0.15m3/s-0.6 m3/s(0.15,0.25,35,0.475,0.6) 5.3.1.6 记录不同介质流量下对应的压降 5.3.2 换热面积90% 5.3.2.1 将换热器按照JB/T10379-2002 图2要求安装到测试台上 5.3.2.2 冷风测试温度：环境温度20-45℃ 5.3.2.3 控制热介质（乙二醇溶液）在15 l/min 5.3.2.4 控制热介质（乙二醇溶液进口温度为75℃，进出口平均温度72℃。 5.3.2.5 冷风变化范围0.5m3/s-2.64 m3/s(0.5,0.9,01.3,1.76,2.2,2.64) 5.3.2.6 记录不同介质流量下对应的压降 5.4 热侧（乙二醇溶液）阻力曲线 5.4.1将换热器按照JB/T10379-2002 图2要求安装到测试台上
换热器综合实验台 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
换热器综合实验台 实验指导书 换热器性能实验主要对应用较广的间壁式换热器中的三种换热器—套管式换热器、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,而列管式换热器只进行一种流动方式的性能测试. 换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数、对数传热温差和热平衡误差等,并就不同换热器、不同两种流动方式、不同工况的传热情况和性能进行比较和分析. 一、实验目的 1、熟悉换热器性能的测试方法； 2、了解套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差 别； 3、加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识； 4、绘制换热器传热性能曲线 二、实验装置 实验装置采用(换热器综合实验台),其流程图如图1所示.换热形式为热水-冷水换热.
热水加热采用电加热式（可调节加热功率），冷水为循环用水（可外接自来水），顺逆流的换向阀及各种换热器的切换均采用电控阀门控制，冷、热流体的进出口温度采用温度数显仪，可以通过琴键开关来切换测温点。 三、实验操作 1、实验前准备 ①熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。 ②更换并安装好需要测试的换热器。 ③按顺流（或逆流）方式调整冷流换向阀门组和各阀门的开或闭。 ④冷、热水箱充水。 2、进行实验 ①接通电源，启动冷水泵和热水泵（为了提高热水温升速度，可先不启动冷水 泵），并调节好合适的流量。 ②调整控温仪，使其能使加热水温控制在80℃以下的某一指定温度。 ③将热水箱的手动和自动电加热器均送电投入使用。 ④待自动电加热器第一次动作之后，切断手动电加热器开关。此后，加热系统进 入自动控温状态。 ⑤利用温度测点选择琴键开关和温度数显仪，观测和检查换热器冷、热流体的进 出口温度。
换热器性能综合测试 实验
第一章实验装置说明 第一节系统概述 一、装置概述 目前我国传热元件的结构形式繁多，其换热性能差异较大，在合理选用和设计换热器的过程中，传热系数是度量其性能好坏的重要指标。本装置通过以应用较为广泛的间壁式换热器（共有套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器四种）为实验对象，对其传热性能进行测试。。 二、系统特点 1.采用四种不同结构的换热器（分别为套管式换热器、螺旋板式换热器、列管式换热器和钎焊板式换热器）作为实验对象，对其进行性能测量。 2.实验装置可测定换热器总的传热系数、对数传热温差和热平衡误差等，并能根据不同的换热器对传热情况和性能进行比较分析。 3.实验装置采用工业现场的真实换热器部件，与实际应用接轨。 三、技术性能 1.输入电源：三相五线制 AC380V±10% 50Hz 2.工作环境：温度-10℃～+40℃；相对湿度＜ 85%(25℃)；海拔＜4000m 3.装置容量：＜4kVA 4.套管式换热器：换热面积0.14m2 5.螺旋板式换换热器：换热面积1m2 6.列管式换热器：换热面积0.5m2 7.钎焊板式换热器：0.144m2 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、系统配置 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。诸如为高炉炼铁提供热风的热风炉，就是一座大型蓄热式陶土换热器；热电厂锅炉上的高温过热器是以辐射为主的高温换热器，而省煤器是以对流为主的交叉流换热器；冶金工厂安装在高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，从封头另一端的出口管流出，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，常见的有固定管板式换热器、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） __________________________________________________
列管式换热器性能测试 一、实验目的 1、熟悉列管式换热器的结构。 2、了解列管式换热器的工作原理。 3、掌握列管式换热器传热性能的测量计算方法。 4、测定列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、绘制列管式换热器传热性能曲线。 6、掌握列管式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。 二、实验原理 1、列管式换热器的结构及换热原理 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。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，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。 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种： ⑴固定管板式换热器： 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
实验五 传热综合实验 一、实验目的 1.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验内容 1. 测定5～6个不同流速下普通套管换热器的对流传热系数i α，对i α的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 2.测定5～6个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数i α，对i α的实验数据进行线性回归，求关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值。 3.同一流量下，按实验1所得准数关联式求得Nu 0，计算传热强化比Nu/Nu 0。 三、实验原理 （一） 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1.对流传热系数i α的测定 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为i α< 热交换器性能测试实验 一、实验装置 图一、实验装置示意图 1.循环水泵 2.转子流量计 3.过冷器 4.表冷器 5.实验台支架 6.吸入段 7. 整流栅 8.加热前空气温度 9. 表冷器前静压10.U形差压计11. 表冷器后静压12.加热后空气温度13.流量测试段14笛形管15. 笛形管校正安装孔16.风量调节手轮17.引风机18.风机支架19.倾斜管压力计20.控制测试仪表盘21.水箱 2．水箱电加热器总功率为9KW，分六档控制，六档功率分别为1.5KW。 3．空气温度、热水温度用铜—康铜热电偶测量。 4．空气流量用笛形管测量。 5．空气通过换热器的流通阻力，在换热器前后的风管上设静压测点；热水通过换热器的流通阻力，在换热器进出口处设测阻力测点测量。 6．热水流量用转子流量计测量。 二、设备准备 1．向电热水箱内注水至水箱净高5/6处。 2．工况调节 1）全开水箱电加热器开关，待水温接近试验温度时，打开水泵开关，利用水泵出口阀门调节热水流量。 2）在风机出口阀门全关的情况下开启风机，然后开启风阀，并利用该阀门调节空气流量。 3）视换热器情况，调节水箱电加热器功率（改变前三组加热器投入组别，并利用调压器改变第四组加热器工作电压），使热水温度稳定于试验工况附近。 4）调节热水出口再冷却器的冷水流量，使出口热水再冷却至不气化即可。 三、试验方法和数据处理 1．实验方法 1）拟定试验热水温度（可取T 1=60~80℃） 2）在固定热水流速，改变空气流速的工况下，进行一组试验（5个以上工况）。 3）在固定空气流速，改变热水流速的工况下，进行一组试验（5个以上工况）。 4）每一工况的试验，均需测定以下参数：空气进口温度（或室温）；空气出口温度及空气流量；热水进出口温度及热水流量；空气和热水通过换热器的阻力等。 2．数据处理 1）空气获热量：Q 1=C pk ·G k (t 2-t 1), [W] 2）热水放热量：Q 2=C ps ·G s (T 1-T 2), [W] 3）平均换热量：2 2 1Q Q Q += ， [W] 4）热平衡误差：% 1002 2 121?+-= ? Q Q Q Q 5）传热系数：t F Q K ??= · [W/m 2·℃] 式中：C pk ，C ps 分别为空气和水的定压比热。[J/kg ·℃] G k ，G s 分别为空气和水的质量流量，[Kg/s] G k =F k k p ρξ)(2?? G s ——进口温度下的水流量 Kg/s F k ——测速风管面积，[m 2] ξ——笛形管压力修正系数，=1； p ?——笛形管压差读数，[p a ] ρk ——空气密度，[Kg/m 3] t 1，t 2——空气的进出口温度,[℃] T 1，T 2——热水的进出口温度, [℃] F ——换热器散热面积2.775[m 2] t ?——传热温差，[℃] 化工传热综合实验装置 说明书 化学与生物工程学院环境工程实训室 2016．11 一、实验目的： 1.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究， 掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。 3.学会并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 4.由实验数据及关联式Nu=ARe m Pr 0.4计算出Nu 、Nu 0，求出强化比Nu/Nu 0，加 深理解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验内容： 1.测定5-6组不同流速下简单套管换热器的对流传热系数i α。 2.测定5-6组不同流速下强化套管换热器的对流传热系数i α。 3.对i α的实验数据进行线性回归，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的数值。 4.通过关联式Nu=ARe m Pr 0.4计算出Nu 、Nu 0，并确定传热强化比Nu/Nu 0。 三、实验原理： 1.普通套管换热器传热系数测定及准数关联式的确定： （1）对流传热系数i α的测定： 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，通过实验来测定。因为i α< 换热器综合实验台 实验指导书 换热器性能实验主要对应用较广的间壁式换热器中的三种换热器—套管式换热器、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进行一种流动方式的性能测试 . 换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数、对数传热温差和热平衡误差等 , 并就不同换热器、不同两种流动方式、不同工况的传热情况和性能进行比较和分析 . 一、实验目的 1、熟悉换热器性能的测试方法； 2、了解套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其 性能的差别； 3、加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识； 4、绘制换热器传热性能曲线 二、实验装置 实验装置采用（换热器综合实验台）, 其流程图如图 1所示. 换热形式为热水 - 冷水换热 . 热水加热采用电加热式（可调节加热功率），冷水为循环用水（可外接自来水），顺逆流的换向阀及各种换热器的切换均采用电控阀门控制，冷、热流体的进出口温度采用温度数显仪，可以通过琴键开关来切换测温点。 三、实验操作 1、实验前准备 ①熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。 ②更换并安装好需要测试的换热器。 ③按顺流（或逆流）方式调整冷流换向阀门组和各阀门的开或闭。 ④冷、热水箱充水。 2、进行实验 ①接通电源，启动冷水泵和热水泵（为了提高热水温升速度，可先不启动冷水 泵），并调节好合适的流量。 ②调整控温仪，使其能使加热水温控制在 80C以下的某一指定温度。 ③将热水箱的手动和自动电加热器均送电投入使用。 ④待自动电加热器第一次动作之后，切断手动电加热器开关。此后，加热系统进入 自动控温状态。 ⑤利用温度测点选择琴键开关和温度数显仪，观测和检查换热器冷、热流体的进出 口温度。 ⑥待冷、热流体的温度基本稳定后，即可测读出这些测温点的温度数值，同时在流 量计上测读冷、热流体的流量读数。 把这些测试结果记录在事先设计好的实验记录表（如下表）中。 ⑦如需要改变流动方向（顺、逆流）的实验，或需要绘制换热器传热性能曲线而要 求改变工况（如改变冷水（热水）流速（或流量））进行实验，或需要重复进行实验时，都就要重新安排实验，实验方法与上述基本相同。记录下这些实验的测试数据。 ⑧实验结束后，首先关闭电加热器， 5 分钟后切断全部电源。 实验一 换热器换热性能实验 一、实验目的 1．测试换热器的换热能力； 2．了解传热驱动力的概念以及它对传热速率的影响。 二、实验装置 过程设备与控制多功能实验台 三、基本原理 换热器工作时，冷、热流体分别处在换热管的两侧，热流体把热量通过管壁传给冷流体，形成热交换。当若换热器没有保温，存在热损失，则热流体放出的热量大于冷流体获得的热量。 热流体放出的热量为： )(21T T c m Q pt t t -= （3-1） 式中 ： t Q ——单位时间内热流体放出的热量， kW ； t m ——热流体的质量流率，kg/s ； pt c ——热流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数； 1T 、2T ——热流体的进出口温度，K 或o C 。 冷流体获得的热量为： )(12t t c m Q ps s s -= （3-2） 式中 ：s Q ——单位时间内冷流体获得的热量，kJ/s=kW ； s m ——冷流体的质量流率，kg/s ； ps c ——冷流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数； 1t 、2t ——冷流体的进出口温度，K 或o C 。 损失的热量为： s t Q Q Q -=? (3-3) 冷热流体间的温差是传热的驱动力，对于逆流传热，平均温差为 ) /l n (2121t t t t t m ???-?= ? （3-4） 式中： 211t T t -=?、122t T t -=?。 本实验着重考察传热速率Q 和传热驱动力m t ?之间的关系。 四、实验步骤 实验前，首先设定初始炉温，待炉温达到设定值后，开始以下步骤。 1．打开热流体管程入口阀1、热流体管程出口阀2，出口流量调节阀6、冷流体壳程入口阀7、冷流体壳程出口阀8，其他阀门关闭，使热流体走管程、冷流体走壳程； 2．打开灌泵，保证离心泵中充满水，开排气阀放净空气； 3．关自来水阀门，启动泵。调节压力调节旋钮（11-7），调整转速使压力保持在0.4Mpa 。 4．调节热流体管程进口阀1，同时观察实验画面，使热流体流量保持0.3L/s 不变； 5．调节出口流量调节阀6，使冷流体流量保持1.0L/s 不变； 6．清空数据库； 7．关闭热水泵，开循环泵，待炉内水温均匀后，关循环泵开热水泵。 8. 待冷流体的进出口温度1t 、2t 及热流体的出口温度2T 稳定后记录数据。 9. 改变炉内的设定温度，重复步骤7。 五、数据记录和整理 保持热流体流量t V 及冷流体流量s V 不变，改变热流体的进口温度1T ，测量冷流体的进出口温度1t 、2t 及热流体的出口温度2T ，根据公式（3-1）和（3-2）分别计算热流体放出的热量t Q 和冷流体获得的热量s Q ，并由式（3-3）计算损失的热量，根据公式（3-4）计算平均温差m t ?，将测量和计算出的结果填入数据表3-1中。 实验2 传热综合实验 一、实验目的 ⒈ 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 的测定方法， 加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 ⒉ 通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 ⒊ 了解套管换热器的管内压降 和Nu 之间的关系。 ⒋ 通过对几种各具特点、不同形式的热电偶线路的实验研究，掌握热电偶的基本理论以及第三导线、补偿导线的概念，了解热电偶正确的使用方法。 二、 实验内容与要求 三、实验原理 实验2-1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 i αp ? ⒈ 对流传热系数的测定 对流传热系数 可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为<<,所以传热管 内的对流传热系数 热冷流体间的总传热系数 （W/m 2· ℃） （2-1） 式中： —管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； —对数平均温差，℃。 对数平均温差由下式确定： （2-2） 式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃； t w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。 管内换热面积： （2-3） 式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。 由热量衡算式： （2-4） 其中质量流量由下式求得： （2-5） 式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。 i αi αi αo α≈i α()i m i s t Q K ??=/i m i i S t Q ??≈ αi αmi t ?)()(ln ) ()(2121i w i w i w i w mi t t t t t t t t t -----= ?i i i L d S π=) (12i i pi i i t t c W Q -=3600i i i V W ρ= 换热器综合实验 实验类型: 综合性实验 适用对象: 热动、集控、建环、制冷专业 一、实验目的 1、熟悉换热器性能的测试方法，了解影响换热器性能的因素。 2、掌握间壁式换热器传热系数的测定方法。 3、了解套管式换热器、板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别。 4、加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识。 5、熟悉流体流速、流量、压力、温度等参数的测量技术。 二、实验要求 1、以传热系数为纵坐标，冷（热）水流量为横坐标绘制换热器传热性能曲线。 2、对三种不同型式的换热器传热性能进行比较。 3、分析影响换热器性能的因素。 4、根据实验结果，计算冷热流体与管壁的表面传热对流换热热阻，管壁的导热热阻，比较在传热过程中各个热阻所占的比例。 三、实验原理 换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用到的均是间壁式换热器，热量通过固体壁面由热流体传递给冷流体。实验原理如图1所示。 图1 换热器综合实验台原理图 1.冷水泵 2.冷水箱 3.冷水浮子流量计 4.冷水顺逆流换向阀门组 5.列管式换热器 6.套 管式换热器7.电加热水箱8.热水浮子流量计9.回水箱10.热水泵11.板式换热器 通过测量冷热流体的流量，进出口温度，可以由式（1）~（3）计算换热器的换热量，由式（5）计算换热器的温差，因此可以计算出换热器的传热系数（6），换热器的传热系数综合反映了传热过程的难易程度，表示单位传热温差传热面积下传热过程所传递的热量。另外结合换热器的结构数据，由式（7）~（8）计算冷热流体与管壁的表面传热对流换热系数，进而比较三个环节的热阻相对大小。 热流体放热量 )(11111"-'=t t m c φ (1) 冷流体吸热量 )(22222'-"=t t m c φ (2) 平均换热量 2 2 1φφφ+= (3) 热平衡误差 %1002 1?-= ?φ φφ (4) 换热器温差 min max min max ln t t t t t m ???-?= ? (5) 传热系数 m t A k ?= φ (6) 内部流动对流换热 4.08.0Pr Re 023.0=Nu (7) 外部流动对流换热 m n C Nu Pr Re = (8) 其中C 、n 、m 值可以查课本。 四、实验所需仪器、设备、材料 本实验主要对应用较广的三种换热器进行实验：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器。实验装置如图2所示。 采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验。换热形式为热水—冷水换热式。实验中所需的仪器设备如下： 1、换热器几何尺寸 （1）套管式换热器 换热面积0.22 m 2 外管：外径25mm ，壁厚2mm 铜管, 中间管外径12mm ，壁厚1mm 铜管，长80㎝，8组并 列 （2）板式换热器 换热面积0.40 m 2 （3）列管式换热器 换热面积0.51 m 2 外壳外径110mm ，壁厚2mm 不锈钢，中间管子外径16mm ，壁厚1mm 不锈钢管, 长84㎝,2条(4根管两次折流，即3个管程) 2、电加热总功率 9.0 kW 3、冷、热水泵 允许工作温度：<80 ℃ 额定流量：3 m 3/h 扬程：12 m 空气水热交换器实验指导说明书 同济大学热能实验室 陈德珍 2000年1 月 第一部分空冷器实验台系统说明 本实验台是上海交通大学开发、针对换热器课程的教学要求而设计的科教产品。所用的换热器为一较小的间壁式换热器，空气—水作为介质，实验台由独立的风源，热水源，温度控制器等组合而成，有较大的灵活性，以后还可发展冷却塔性能试验。 一、实验台组成、系统、设备及仪表 实验台系统的简图见图1，主要由风源、热水源、可控硅温度控制器组成。且各自独立，有较大的灵活性。主要性能： 1. 风源：风机：电机：400w，三相380v 风量：800m3/h 风压：60mmH2O 出风口尺寸：200× 135mm 吸风口配二只可叠套的橡胶收缩风口，测速段处直径分别为 D 1=120mm及D2=60mm, 2. 热水源：水箱尺寸：445× 245×575mm 水泵：电机：120W 单相220v 流量：h 压头：12mH2O 加热器：3KW 220V 3 只转子流量计：LZB-25 60-600L/h 3. 可控硅温度控制器：TA-092 PID 调节仪ZK-03 三相可控硅电压调整器最大输出功率10KW 铂电阻温度传感器BA 2 0~100 ℃ 可控硅3CT 20A/1000V 电源：三相380V 4. 试验用换热器 实验所用的间壁式换热器为一较紧凑的翅片管式散热器，由铜管束套带皱折的铝整体翅片构成，见图2。 主要参数： 管束：紫铜管管径：d0=10mm d 1=8mm 节距横向：s1=45mm 纵向：s2=13mm 翅片：铝制、皱折、整片片厚：δ= 片节距：t= 试件总体尺寸：水侧：横向管数：n=3 纵 向管排数：n=8 总管数：n=n× n=24 水通道并联管子 数：即n=3 管子总长度：L=a× n=× 24= 通道面积： F w=n×π×d1× d1/4 -4 =×10-4 ㎡气侧：通道尺寸： a=200mm b=130mm h=116mm 翅片数：m=76 通风面积：Fa=a× b= 传热总面积：热交换器性能测试实验
化工传热综合实验装置
换热器综合实验台
实验一 换热器换热性能实验
传热综合实验报告示例
换热器综合实验
翅片管换热器实验指导书
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