气-气列管换热实验 (LH100B)——实验指导书
气－气列管换热
实验指导书
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气－气列管换热实验
一、 实验目的
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
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(4－1)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
? T TW tW t 图4－1间壁式传热过程示意图 Q?m1cp1?T1?T2??m2cp2?t2?t1??KA?tm式中：Q － 传热量，J / s；
（4－1）
m1 － 热流体的质量流率，kg / s； cp1 － 热流体的比热，J / (kg ?℃)； T1 － 热流体的进口温度，℃；
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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（4—2）计算，
?tm??T1?t2???T2?t1?T?tln12T2?t1 （4－2）
列管换热器的换热面积可由式（4—3）算得，
A?n??dL （4—3）
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计，详见下文附表。
由此可得换热器的总给热系数，
K?Q （4—4） A?tm 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(t2?t1) （4—5） 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，即需根据冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。 除查表外，对于在0～100℃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：??10t?4.5?10t?1.2916
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（2）空气的比热与温度的关系式：60℃以下Cp＝1005 J / (kg ?℃),
70℃以上Cp＝1009 J / (kg ?℃)。
三、 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 t1 t2 t2’ T1 T2 V1 V2 单位 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ m3/h m3/h 备注 热流体走管内，冷流体走管间。列管规格?25?2mm，即内径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。
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四、 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60~80 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/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20~80 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、 数据处理及实验报告
a) 逆流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K（逆）。 b) 并流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K（并）。
1、 原始数据记录表 编 流 热 流 体 温 度 ( ℃) 第 5 页 冷 流 体 流 量 共 6页 温 度 ( ℃) 号 量 (m/h) 3气-气列管换热实验 (LH100B)——实验指导书 3(m/h) T1 T2 t1 t2 1 2 3 4 5 6
2、计算结果表
序号 QC(W) QH(W) Q(W) △tm(℃) K(W/m2℃) 1 2 3 4 5 6 六、思考题
1、 在实验中有哪些因素影响实验的稳定性？ 2、 影响传热系数K的因素有哪些？
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