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构造形式繁多，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，对其传热性能进展测试。二、系统特点1. 采用四种不同构造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，对其进展性能测量。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展比拟分析。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 AC380V10% 50Hz2. 工作环境：温度-10+40；相对湿度85%(25)；海拔4000m3. 装置容量：4kVA4. 套管式换热器：换热面积0.14m25. 螺旋板式换换热器：换热面积1m26. 列管式换热器：换热面积0.5m27. 钎焊板式换热器：0.144m28. 电加热器总功率：3.5kW9. 平安保护：设有电流型漏电保护、接地保护，平安符合国家标准。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穿插流换热器；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穿插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、紫铜或不锈钢进展制作。在进展换热时，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-种流体由壳体的接收进入，从壳体上的另一接收处流出，这称为壳程。列管式换热器有多种构造形式，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构造简单而精细，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一样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展适当的调整。同时，螺旋板式换热器具有比拟长的单独流道，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展完全处理，并且防止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构造设计，因此采用化学方法对流道内部进展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，以便于翻开盖板，用机械方式对流道内部进展清洗。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，这样可以更快捷的翻开盖板。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47m，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,假设选材得当,它可用于腐蚀性介质的换热。这种换热器具有假设干突出的优点，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。其构造特点如下：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、使用平安可靠；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、列管式换热器的构造，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构造特点及其性能的差异。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展其性能的测试。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展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，并作比拟：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展比拟和分析。(1) 换热器的传热方程为 (2)热水和冷水热交换平衡方程式为即 式中 换热器整个传热面上的热流量 总传热系数 总传热面积 换热器的平均温差或平均温压 热水放热量 冷水放热量 、热、冷水的质量流量 、热、冷水的定压比热 、热水的进、出口温度 、冷水的进、出口温度 (3)换热器的平均温差，不管顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式(e=2.71828) 式中 冷、热水在换热器*一端最大的温差 冷、热水在换热器*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(5)热平衡误差 100 (6)总传热系数 (7)热、冷流体的质量流量、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三 、 实验设备本实验装置采用冷水可用阀门换向进展顺逆流实验；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构造参数见表1。表1 换热器的构造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0.1440.510.14390100四、 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、考前须知编写出来。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，并对实验结果进展分析，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*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，并调整到适宜流量。经过一段时间，冷热水热交换到达相对稳定状态。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 实验数据记录换热器型式热交换形式测量次数热流体冷流体进水出水流量进水出水流量123123六 数据处理结果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八、 思考题1.你曾接触过哪些换热器，它们的构造和性能有什么区别？2.增强传热的方法有哪些？九、 考前须知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，要注意先翻开*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.实验完毕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构造。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、套管式换热器的构造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47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,假设选材得当,它可用于腐蚀性介质的换热。这种换热器具有假设干突出的优点，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构造简单，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，同时还可以选取适宜的截面尺寸，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 8701750W/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(2)热水和冷水热交换平衡方程式为即 式中 换热器整个传热面上的热流量，总传热系数，总传热面积，换热器的平均温差或平均温压，热水放热量，冷水放热量，、热、冷水的质量流量，、热、冷水的定压比热，、热水的进、出口温度，、冷水的进、出口温度，(3)换热器的平均温差，不管顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式为 (e=2.71828)式中 冷、热水在换热器*一端最大的温差，冷、热水在换热器*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(4)热平衡误差方程为100(5)总传热系数方程为(6)热、冷流体的质量流量、是根据流量计读数转换而来的，可以按照以下公式换算：三、实验步骤进展套管式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进展，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15cm。4、检查冷水箱及热水箱里的水，水质需清洁，不能有污物及沉淀。5、检查插座电源是否正确，确保电源不会缺相。然后将装置电源插头插到插座上。6、实验台接通电源，将漏电保护器开关拨到接通的位置。7、将装置控制面板上的顺/逆流开关拨到顺流的位置，将套管式换热器的旋钮开关打到启动的位置，同时将加热器1，加热器2，加热器3启动，使加热器开场工作。8、等水箱里的水温度到达40度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进展循环。9、等温度到达动态的平衡时，开场记录数据，可记录多组数据进展数据处理。10、顺流试验完成后，转动面板上的顺/逆流切换开关，使套管式换热器的换热方式改为逆流换热，然后重复记录数据。11、实验过程中可以通过调节冷水及热水管道上阀门的开度大小来调节系统的水流量，从而改变装置的换热量，测定不同状态下装置的各项参数。12、实验完成后，关闭热水及冷水循环水泵，将套管式换热器旋钮开关打到停顿的位置，将顺/逆流切换开关打到停顿的位置，切断装置电源。13、将装置热水箱及冷水箱的排水阀门接通，使装置内的水排出，以防长时间不用而损坏设备。四、实验数据处理1、根据所记录的实验数据，计算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。2、根据所记录的实验数据，绘制套管式换热器传热性能曲线。3、根据所记录的实验数据，分析套管式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。五、实验考前须知1、装置水泵运转时，需排除水泵内的气体，否则水泵不能正常运转。具体做法是：在水泵处于运转状态下，利用内六角螺丝刀将水泵上部的内六角螺丝拧松，观察螺丝孔内是否有气泡冒出，等螺丝孔内无气泡冒出时，使用内六角扳手将螺丝拧紧。2、做逆流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度正常显示。做顺流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度需进展交换读取。实验二 螺旋板式换热器性能测试一、实验目的1、熟悉螺旋板式换热器的构造。2、了解螺旋板式换热器的工作原理。3、掌握螺旋板式换热器传热性能的测量计算方法。4、测定螺旋板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、绘制螺旋板式换热器传热性能曲线。6、掌握螺旋板式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。二、实验原理1、螺旋板式换热器的构造及换热原理螺旋板式换热器SHE构造简单而精细，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一样又各自完全独立的螺旋形流道。螺旋板换热器的特点如下:流道内容易形成湍流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，而颗粒沉积的可能性下降。 流道内不易堵塞由于螺旋板式换热器采用了单流道构造，因此在处理易沉积流体、粘稠流体和含有颗粒的流体时，它一般是主流选择。这是由于螺旋板式换热器本身具有自清洁功能，这样在阻塞没有完全形成之前，已经被流体冲洗干净。流道长度形状灵活，适应各种流体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展适当的调整。同时，螺旋板式换热器具有比拟长的单独流道，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展完全处理，并且防止了由于流体的突然转向而产生的堵塞问题。 可直接安装在塔顶，实现多级冷凝螺旋板式换热器的另一个突出特点是它可以被焊接或是用法兰连接在塔顶成为塔顶冷凝器，这样还可以实现多级冷凝。由于使用螺旋板式换热器可以减少管道连接，因此相关的安装费用也降到了最低。同时，由于我们的产品既可以采用自己的设计方案，也可以使用传统的Rosenblad方案 ，因此客户在选择替换已有的产品时，可以根据自己不同的情况来选择方案，这样客户就不需要进展过多的管线调整。可以明显的降低费用。无泄漏，降低工作危险 螺旋板式换热器的另一个特点是从螺旋形流道的中心到壳体全部是由连续不断的金属薄片卷制而成，这样就完全防止了由于存在不易处理的焊缝而产生的泄漏危险。因此它可以用来处理敏感的、不稳定的危险流体。 构造紧凑，占用空间少由于螺旋板式换热器的流道呈同心状环绕，这种设计使得换热器的构造紧凑，占用空间大大减少。据统计，在处理一样的流体时，使用螺旋板式换热器所占的空间仅是传统列管式换热器的六分之一，所以，螺旋板式换热器可以在多种条件下使用并能降低客户的安装费用。 清洗方便螺旋板式换热器采用单流道构造设计，因此采用化学方法对流道内部进展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，以便于翻开盖板，用机械方式对流道内部进展清洗。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，这样可以更快捷的翻开盖板2、螺旋板式换热器数据计算(1)换热器的传热方程为(2)热水和冷水热交换平衡方程式为即 式中 换热器整个传热面上的热流量，总传热系数，总传热面积，换热器的平均温差或平均温压，热水放热量，冷水放热量，、热、冷水的质量流量，、热、冷水的定压比热，、热水的进、出口温度，、冷水的进、出口温度，(3)换热器的平均温差，不管顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式为 (e=2.71828)式中 冷、热水在换热器*一端最大的温差，冷、热水在换热器*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(4)热平衡误差方程为100(5)总传热系数方程为(6)热、冷流体的质量流量、是根据流量计读数转换而来的，可以按照以下公式换算：三、实验步骤进展螺旋板式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进展，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15cm。4、检查冷水箱及热水箱里的水，水质需清洁，不能有污物及沉淀。5、检查插座电源是否正确，确保电源不会缺相。然后将装置电源插头插到插座上。6、实验台接通电源，将漏电保护器开关拨到接通的位置。7、将装置控制面板上的顺/逆流开关拨到顺流的位置，将螺旋板式换热器的旋钮开关打到启动的位置，同时将加热器1，加热器2，加热器3启动，使加热器开场工作。8、等水箱里的水温度到达40度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进展循环。9、等温度到达动态的平衡时，开场记录数据，可记录多组数据进展数据处理。10、顺流试验完成后，转动面板上的顺/逆流切换开关，使螺旋板式换热器的换热方式改为逆流换热，然后重复记录数据。11、实验过程中可以通过调节冷水及热水管道上阀门的开度大小来调节系统的水流量，从而改变装置的换热量，测定不同状态下装置的各项参数。12、实验完成后，关闭热水及冷水循环水泵，将套管式换热器旋钮开关打到停顿的位置，将顺/逆流切换开关打到停顿的位置，切断装置电源。13、将装置热水箱及冷水箱的排水阀门接通，使装置内的水排出，以防长时间不用而损坏设备。四、实验数据处理1、根据所记录的实验数据，计算螺旋板式换热器的总传热系数、对数平均传热温差及热平衡误差。2、根据所记录的实验数据，绘制螺旋板式换热器传热性能曲线。3、根据所记录的实验数据，分析螺旋板式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。五、实验考前须知1、装置水泵运转时，需排除水泵内的气体，否则水泵不能正常运转。具体做法是：在水泵处于运转状态下，利用内六角螺丝刀将水泵上部的内六角螺丝拧松，观察螺丝孔内是否有气泡冒出，等螺丝孔内无气泡冒出时，使用内六角扳手将螺丝拧紧。2、做逆流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度正常显示。做顺流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度需进展交换读取。实验三 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构造。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、列管式换热器的构造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。在进展换热时，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-种流体由壳体的接收进入，从壳体上的另一接收处流出，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构造来分，主要有以下几种：1 固定管板式换热器：这类换热器的构造比拟简单、紧凑、造价廉价，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收。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。 为了克制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，为平安起见，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6070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，就应考虑其他构造。2 浮头式换热器： 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为浮头，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为构造复杂，造价高。 3 填料函式换热器： 这类换热器管束一端可以自由膨胀，构造比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。 4 U型管式换热器： U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是构造简单，质量轻，适用于高温高压条件。2、列管式换热器数据计算(1)换热器的传热方程为(2)热水和冷水热交换平衡方程式为即 式中 换热器整个传热面上的热流量，总传热系数，总传热面积，换热器的平均温差或平均温压，热水放热量，冷水放热量，、热、冷水的质量流量，、热、冷水的定压比热，、热水的进、出口温度，、冷水的进、出口温度，(3)换热器的平均温差，不管顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式为 (e=2.71828)式中 冷、热水在换热器*一端最大的温差，冷、热水在换热器*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(4)热平衡误差方程为100(5)总传热系数方程为(6)热、冷流体的质量流量、是根据流量计读数转换而来的，可以按照以下公式换算：三、实验步骤进展列管式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进展，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15cm。4、检查冷水箱及热水箱里的水，水质需清洁，不能有污物及沉淀。5、检查插座电源是否正确，确保电源不会缺相。然后将装置电源插头插到插座上。6、实验台接通电源，将漏电保护器开关拨到接通的位置。7、将装置控制面板上的顺/逆流开关拨到顺流的位置，将列管式换热器的旋钮开关打到启动的位置，同时将加热器1，加热器2，加热器3启动，使加热器开场工作。8、等水箱里的水温度到达40度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进展循环。9、等温度到达动态的平衡时，开场记录数据，可记录多组数据进展数据处理。10、顺流试验完成后，转动面板上的顺/逆流切换开关，使列管式换热器的换热方式改为逆流换热，然后重复记录数据。11、实验过程中可以通过调节冷水及热水管道上阀门的开度大小来调节系统的水流量，从而改变装置的换热量，测定不同状态下装置的各项参数。12、实验完成后，关闭热水及冷水循环水泵，将套管式换热器旋钮开关打到停顿的位置，将顺/逆流切换开关打到停顿的位置，切断装置电源。13、将装置热水箱及冷水箱的排水阀门接通，使装置内的水排出，以防长时间不用而损坏设备。四、实验数据处理1、根据所记录的实验数据，计算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。2、根据所记录的实验数据，绘制列管式换热器传热性能曲线。3、根据所记录的实验数据，分析列管式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。五、实验考前须知1、装置水泵运转时，需排除水泵内的气体，否则水泵不能正常运转。具体做法是：在水泵处于运转状态下，利用内六角螺丝刀将水泵上部的内六角螺丝拧松，观察螺丝孔内是否有气泡冒出，等螺丝孔内无气泡冒出时，使用内六角扳手将螺丝拧紧。2、做逆流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度正常显示。做顺流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度需进展交换读取。实验四 板式换热器性能测试 一、实验目的1、熟悉板式换热器的构造。2、了解板式换热器的工作原理。3、掌握板式换热器传热性能的测量计算方法。4、测定板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、绘制板式换热器传热性能曲线。6、掌握板式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。二、实验原理1、板式换热器的构造及换热原理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，其构造特点如下： 1、体积小、占地面积少板式换热器占地面积为同样换热能力的列管换热器的30%左右，假设与淋洒式的排管冷却器相比就更优越。 2、传热效率高板片波纹的设计以高度的薄膜导热系数为目标，板片波纹所形成的特殊流道，使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流湍流，扰动流又有自净效应以防止污垢生成因而传热效率很高。一般地说，板式换热器的传热系数K值在30006000W/m2.oC*围内。这就说明，板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/21/4 即可到达同样的换热效果。 3、组装灵活由于换热板容易拆卸，通过调节换热板的数目或者变更流程就可以得到最适宜的传热效果和容量。只要利用换热器中间架，换热板部件就可有多种独特的机能。这样就为用户提供了随时可变更处理量和改变传热系数K值或者增加新机能的可能。当生产上要求改变工艺条件和产量时，板式换热器只要增减板片数量或改变板片组装流程通道形式，即可满足要求。4、金属消耗量低板式换热器的板片每平方米消耗金属为8kg左右，而同样参数的螺旋板式换热器则需要20kg左右，其他管壳式换热器就更多了。 5、热损失小板式换热器由于仅是板片外边暴露在大气中，所以热损失仅1%左右，不需要采用保温层。6、拆卸、清洗、检修方便对于容易结垢的介质，一方面由于板式换热器中的介质有剧烈的湍流，其湍流临界雷诺数比一般列管式换热器低10倍左右，因而不易结垢。另一方面板片均可拆卸，便于清洗。7、使用平安可靠在板片之间的密封装置上设计了2道密封，同时又设有信号孔，一旦发生泄漏，可将其排出热换器外部，即防止了二种介质相混，又起到了平安报警的作用。8、有利于低温热源的利用由于两种介质几乎是全逆流流动，以及高的传热效果，板式换热器两种介质的最小温差可到达1oC。用它来回收低温余热或利用低温热源都是最理想的设备。9、冷却水量小板式换热器由于其流道的几何形状所致，以及二种液体都又很高的热效率，故可使冷却水用量大为降低。反过来又降低了管道，阀门和泵的安装费用。占地少，易维护10、阻力损失少在一样传热系数的条件下，板式换热器通过合理的选择流速，阻力损失可控制在管壳式换热器的1/3*围内。11、投资效率高在一样传热量的前提下，板式换热器与管壳式换热器相比拟，由于换热面积，占地面积，流体阻力，冷却水用量等工程数值的减少，使得设备投资、基建投资、动力消耗等费用大大降低，特别是当需要采用昂贵的材料时，由于效率高和板材薄，设备更显经济。2、板式换热器数据计算(1)换热器的传热方程为(2)热水和冷水热交换平衡方程式为即 式中 换热器整个传热面上的热流量，总传热系数，总传热面积，换热器的平均温差或平均温压，热水放热量，冷水放热量，、热、冷水的质量流量，、热、冷水的定压比热，、热水的进、出口温度，、冷水的进、出口温度，(3)换热器的平均温差，不管顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式为 (e=2.71828)式中 冷、热水在换热器*一端最大的温差，冷、热水在换热器*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(4)热平衡误差方程为100(5)总传热系数方程为(6)热、冷流体的质量流量、是根据流量计读数转换而来的，可以按照以下公式换算：三、实验步骤进展板式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进展，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15cm。4、检查冷水箱及热水箱里的水，水质需清洁，不能有污物及沉淀。5、检查插座电源是否正确，确保电源不会缺相。然后将装置电源插头插到插座上。6、实验台接通电源，将漏电保护器开关拨到接通的位置。7、将装置控制面板上的顺/逆流开关拨到顺流的位置，将板式换热器的旋钮开关打到启动的位置，同时将加热器1，加热器2，加热器3启动，使加热器开场工作。8、等水箱里的水温度到达40度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进展循环。9、等温度到达动态的平衡时，开场记录数据，可记录多组数据进展数据处理。10、顺流试验完成后，转动面板上的顺/逆流切换开关，使列管式换热器的换热方式改为逆流换热，然后重复记录数据。11、实验过程中可以通过调节冷水及热水管道上阀门的开度大小来调节系统的水流量，从而改变装置的换热量，测定不同状态下装置的各项参数。12、实验完成后，关闭热水及冷水循环水泵，将套管式换热器旋钮开关打到停顿的位置，将顺/逆流切换开关打到停顿的位置，切断装置电源。13、将装置热水箱及冷水箱的排水阀门接通，使装置内的水排出，以防长时间不用而损坏设备。四、实验数据处理1、根据所记录的实验数据，计算板式换热器的总传热系数、对数平均传热温差及热平衡误差。2、根据所记录的实验数据，绘制板式换热器传热性能曲线。3、根据所记录的实验数据，分析板式换热器顺流/逆流对传热性能的影响。五、实验考前须知1、装置水泵运转时，需排除水泵内的气体，否则水泵不能正常运转。具体做法是：在水泵处于运转状态下，利用内六角螺丝刀将水泵上部的内六角螺丝拧松，观察螺丝孔内是否有气泡冒出，等螺丝孔内无气泡冒出时，使用内六角扳手将螺丝拧紧。2、做逆流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度正常显示。做顺流实验时，换热器冷水局部出口及进口温度需进展交换读取。顺逆流问题换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热外表逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热外表两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。 在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；假设传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。影响换热系数的因素：1、换热器的类型2、流体的类型、性质3、操作实验条件4、污垢热阻流体的性质、传热壁面的材料、操作条件、清洗周期5、流体的流速过低导致管路阻塞、过高导致流动阻力增加根据实验结果说明为什么工程上可以忽略换热器中间壁的导热热阻？金属换热器壁面较薄，而且材料换热系数较高，不是主要热阻，可以忽略。冷热水箱温度不恒定对实验结果有何影响？偏高，实验得换热容量缺乏，偏低，换热熔量偏高，真实性差，建议采用大的水箱，是温度温差降小，并采用无纸记录仪记录数据，整体分析。实验中为什么可以不考虑辐射换热？辐射换热所占换热的比例相对较小,可以忽略怎样由传热性能曲线,比拟三种换热器的性能1.以换热器入口和出口位置为横坐标，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。. z.