列管换热器传热系数的测定

列管换热器传热系数的测定在石油化工等生产中，传热是很重要的单元操作，列管换热器是最广泛使用 的换热设备之一。影响换热器传热的参数有传热面积、平均温度差和传热系数3 个要素。其中，传热系数是反映换热器性能好坏的主要指标。它可以按有关公式 进行计算，但有时在设计工作中不易获得可靠的数据，需在实际生产中进行现场 测试，为设计工作提供依据；有时在生产中使用的换热器，为了检查其工作状况 是否合理，是否达到预期效果，也需进行标定，以便提出改善工作条件、提高设 备传热效率的方案；新型的换热器试制成功后需进行测试，以检验其性能。因此， 换热器传热系数的测定工作是研究换热器的重要内容之一。一、实验目的及任务）了解换热器的结构，学会换热器的操作方法及换热器传热系数的测定方法。 测定列管式换热器的传热系数K1 kJ（千焦耳）=0.239kcaI （千卡）l kcal（千卡）=4.19kJ（千焦耳）1 kW（千瓦） = 860 kcal / h（千卡 / 时）二、实验基本原理 列管式换热器是一种间壁式换热设备，冷、热流体间的传热过程由热流体对壁面 的对流传热、间壁的固体热传导和壁面与冷流体的对流传热 3 个传热分过程组 成。当忽略污垢热阻时，以热流体侧传热面积为基准的总传热系数与3个传热分 过程的关系为：丄=丄+込+企式中 K1以热流体侧传热面积为基准的总传热系数，W/m2 ka 1热流体的对流传热系数，W/m2 ka 2冷流体的对流传热系数，W/m2 kA1 热流体侧的传热面积， m2A2 冷流体侧的传热面积， m2Am传热壁的平均传热面积，m28传热壁的厚度，；m九传热壁的导热系数，W/m k传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度 （K，C），1s内通过1平方米面积传递的热量，单位是瓦/ （平方米度）（W/ （m-K），此处K可用C代替）。根据已学过的传热知识，由上式（）可以看出，对于给定的换热器及指定的物系 有：即传热系数只受冷、热流体的流量影响，通过分别考察冷、热流体流量对传 热系数影响，达到了解传热过程的目的。传热系数 K 可由传热速度方程式及热量衡算方程式，结合实验测得的有关 数据计算出来，热量衡算方程式为：Qi =* C/2 * （T2 Tz）Q =叫* Cpl （t2 式中 Q1热流体放出的热量，WQ2 冷流体吸收的热量， m1 热流体的流量 kg/s m2 冷流体的流量，Cp1 , Cp2热、冷流体的比热，J/kg. KT1, T2热流体的进、出口温度，。C或Kt1, t2冷流体的进、出口温度，C或K若换热器保温良好，忽略热损失，贝U： 二Q =由于实验中存在随机误差，所以换热器的传热量为：G = 十 Q2）/2传热速率方程为：Q = K * 71 * 纽 % * A咖逆 5 = i怎“為&】=认、企=兀一冇式中 Atm平均传热温度差，C或KAt，平均传热温度差的修正系数，逆流时At=1, 对于单壳程双管程等可以从教材等文献中查得。 实验过程中，冷热流体之间的传热是否达到平衡，换热器是否保温良好，对 实验结果均有影响，判断换热器的操作优劣可采用传热不平衡度n度量，即：本实验以水为冷流体，热空气为热流体，测定两流体在列管换热器中的传热系数。三、实验装置及流程实验装置及流程如图所示。实验装置主要由一台单壳程两管程换热器及空气源、 空气加热器、流量计及温度计组成。换热器的型号为，壳程采用圆缺型挡板，传 热管为铜管，管子规格为10mm*1mm，有效管长为290mm，管数为14 根，管外侧总传热面积为 0.4m2。 冷流体系为自来水（由自来水管网提供或水泵提供），经调节阀、流量计测量流 量进入壳程，被加热后排入下水道。热流体系为空气，经气源至空气加热器、流 量计进入换热器的管程，经冷却后排人大气。冷、热两流体均需测量进、出口温 度。1 一气；2空气加热器； 13一水源；5， 6， 8， 9温度计；3， 7， 10， 12控制阀 4， 11 流量计；四、实验操作要点在实验前的预习过程中，学生应结合实验原理及操作要点自行拟定实验方案、实 验步骤及实验数据记录表。熟悉实验装置及流程。1）弄清各控制阀、流量计、温度计的用途。2）先通冷流体（水）。3）后开热流体（空气），空气加热至90-100C。4维持冷流体流量不变。当热流体进口温度在一定时间内（约10-15min）基本不 变时，可记录有关数据。每个实验点测3-4次数据，测量间隔约3-5min。5 测定传热系数 K 时，在维持冷流体（或热流体）流量不变的情况下，根据实验 分布点要求，改变热流体（或冷流体）流量若干次，每点的间隔时间约 10-15min， 以使传热过程达到稳定状态。6）实验结束时，关闭空气加热电源，待空气温度降至 50C 以下后，关闭冷、 热流体的调节阀及空气气源的电源。五、实验报告内容及要求 ）处理实验数据，计算出换热器的传热系数。）附计算示例及有关数据表。）选部分思考题进行回答。）对实验过程中出现的问题进行讨论。