1、幵*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*空气 水热交换器实验幵*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*幵*指导说明同济大学热能实验室陈德珍2000年 1 月**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主要性能：1.1，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

　　2、性。2.3.风源：风机：电机： 风量： 风压：出风口尺寸： 200X 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 Di=120mn及 C2=60mm,热水源：水箱尺寸：水泵：电机： i20W 流量： h 压头： i2mH2O 加热器： 3KW 220V 转子流量计： 可控硅温度控制器：ZK-w，三相 380v800m3/h60mmH2O445X 245X 575mm单相 220v3 只60-600L/hPID 调节仪三相可控硅电压调整器LZB-25TA-092*大输出功率 10KW铂电阻温度传感器 BA 2 0100 C可控硅 3CT 20A/1000V 电源：三

　　3、相 380V4.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试验用换热器1=8mm节距横向：S1=45mm纵向：s2=13mm翅片：铝制、皱折、整片片厚：5 =片节距：t=d试件总体尺寸：水侧：横向管数： 纵向管排数: 总管数: 水通道并联管子数： 管子总长度: 通道面积:气侧：通道尺寸：b=130mmh=116mm翅片数: 通风面积: 传热总面积:n=3n=8n=nx n=24即n=3L=aX n=x 24=Fw=nXnX d1X d1/4=x 10-4 rfa=200mmm=76Fa=ax b=

　　4、1Aa=( 0| Si h (a m )d0 n2.24 m2特征尺寸:Da=4V/Aa=4X aX bx h/A a=4XXX风箱用塑料制成,出风口线型及大的收缩比， 保证空气在换热器进口截面处有均匀流速。整个风源设计紧凑，吸风口、调风口、整流栅、毕托管紧凑地组合在一起，为了适应不同风量测量的需要，用二只直径不同的可叠套 使用的橡胶收缩风口，选用方便。试验用换热器是放置在出风口上，拆换方便。风箱制成水密形式，需要时可更换试验件作冷却塔填料性能试 验。热水源水箱用不锈钢制成，水泵、流量计、调节阀、回流管路、加热器组合紧凑。风源、热水源、温度控制器各自独立，移动方便，可充分发挥各自的功能。翅片管

　　5、散热器试验时，水-空气流可按逆流连接。空气-水进出口温度用铜一康铜热电偶测量，水温测点 twi,t W2直接放置在二联箱进出口。进口空气温度ta1,测点装在紧靠换热器的进出口截面处，换热器出口通道加一均温段，再用均不的九对热电偶并联测量出口空气温度ta2热电偶接线见图3,冷端放入冰瓶内，同过一转换开关，用电位差计测量tW1、tw2 ta1、ta2各温度。D=120mm勺吸风口，小流量时用毕托管测定吸风口收缩段处流速，以确定空气流量，大流量时用收缩段直径 用直径D=60mn的勺吸风口，再用调风门改变风量。 水流量通过调节阀控制，用转子流量计测量。第二部分 实验内容及安排一、实验目的借助该实验台，

　　6、学生可以组织一间壁式换热器的试验，能够达到以下几方面。1.测定间壁式换热器的传热系数；2了解换热器的工作性能，熟悉间壁式换热器的热工计算方法；3.进一步可确定该换热器气侧换热面的传热特性，即传热因子与雷诺数之间的关系;4熟悉流体流速、流量、温度等的测量，以及对实验数据的处理。二、实验内容及数据处理1.测定换热器传热系数及其变化规律 热水在管内流动，放热量Qw.Qw=MvX CPwX (tw 1-tw 2)空气流过管束外侧，吸热量CfeQa=MX GaX (ta 2-ta 1)(w)(w)以ca、Qw间热平衡误差 <10%的数据认为有效, = (Qw-Qa /Q *100% Q=(Qw+Q

　　7、a)/2水-空气按逆流方式工作，传热系数K=Q/Aa- t m以上各式中：tw(2)并按平均值作为其换热量Q.1、tW2(w)K(w/mtaMC水进出口温度；1、ta2- 空气进出口温度；w、Ma- 水、空气的质量流量；pw Cpa 水、空气的比热；(Kg/S)(J/Kg C) t m-平均温差，(C )；其计算如下:ta2 )(tw2ta1 )tmt tInbw_Jt w2 ta1itf )气侧换热总面积。A空气流速变化对传热系数 K的影响较大，水流速度及水温变化对传热系数也有影响。为了了解空气流速及水 流速度对传热系数的影响，可藉温控器保持相同的水温，并维持一定的水流量，改变不同的空气流量

　　8、进行试验， 可得出某水温、水流速条件下传热系数随空气流速的变化规律。2.确定气侧换热面的传热规律，既传热因子J与雷诺数Re之间的关系该换热器的传热元件为带翅片的圆管，换热器热阻由以下几部分组成。1KA1丄dil awrFW其中：rFw、 r Fa'为水侧和气侧的污垢热阻;a wa a 为水侧和气侧换热系数; 气侧的肋壁效率；(W/rfC)I吩)2 dl管壁导热热阻；(C /W)在试验设备新投入使用时，可忽略污垢热阻,(5)式可简化为:KA dil wIn(詈)2 Ia Aa其中：1/KA由本实验确定,即:(6)气侧换热面的换热规律可用J和Re关系表示。1/KA= trnYQ水侧换热系数

　　9、a按水在管内流动的换热准则方程，由计算确定。由(6)式即可求出气侧换热表面的热阻1/ ( a a- n Aa)值。传热因子J可用折算换热系数aA= aan来定义。2J Pr3 Ga Cp(8)雷诺数Re的计算为:其中特征尺寸D可用下式定义DH=4V/Aa为气侧通道所占体积：V=ax bx h a为与空气接触的表面积，即气侧表面积 a为空气质量流速，可采用下式计算：(m)(10)(m3)rf)(Kg/itf ? s)即用空气流至换热器的迎面质量流速，来定义雷诺数。采用上述J及Re的定义法，数据处理及使用结果亦比较方便。试验工况可安排在不同的空气流量下进行（为什么），水温及水速可不受限制。将各工况

　　10、所测结果按上述方法计算出相应的J与Re,然后绘在双对数纸坐标上，即得出其JRe变化规律。此部分内容要求同学们自己完成。三.实验步骤及注意事项 实验步骤：10分钟。1接通可控硅温控器电源，设定热水加热温度，对水加热2开启回水阀，打开水泵，调节流量。3开启风机，将风门调至所需开度。4待水温及水流量稳定后，读取有关数据。5改变工况，稳定 5分钟后再读取另一工况的数据。 注意事项：1 .热水温度一般设置在 7080 C2.水流量一般选在 L/h左右测传热系数K时，维持恒定的水流量，改变不同的空气流速进行测量。欲测气侧传热因子 J与雷诺数Re关系时，改变不同的空气流速，可相应适当调节水流量。

　　11、3用不同收缩口直径的吸风口，并调节风门开度，以获得不同的空气流量。4因为可控硅温控器对水温的控制有12 C的波动，会对读数和实验结果造成一定影响，可用调压器替代可控硅温控器以保证进口水温的稳定。JRe曲线。如果采用改变水侧流量的方式来测取5 .注意为什么本实验采用改变风量的方法来测量传热因子 水侧JRe曲线，会有什么现象四.实验及结果整理要求由学生自己编制实验大纲，完成实验。大纲要求包括试验对象、试验原理、试验设备及测量系统、试验 工况选定、数据记录表格、数据处理等。然后自己组织试验，再完成实验报告。时间上安排二次，**次了解试 验台装置并编制实验大纲，第二次再进行试验。教师只就试验原理作简单

　　12、介绍，提出编制大纲的要求。附表一为数据记录表格的参考格式。附表二、三为数据处理及整理的参考格式。另要求：1. 将传热系数K随空气质量流速 Ga的变化规律在方格纸上用坐标图表示。2. 将气侧换热面的传热因子 J与雷诺数Re间的关系在方格纸上用坐标图表示。序 号参数名称符号单位计算公式及来源工况1工况2工况3工况4工况51管翅换热面积AaAa=2水进口温度tw1°C测量值3水出口温度tw2°C测量值4水进出口温差 twC tw= tw1 tw25水容积流量VL/h由转子流量计读出6水密度p w1kg / rf根据tw1查表7水比热CPWKJ/ kkC根据（tw1+tw2） /2

　　13、查表8水质量流量mwk /smw = ( V/3600 )Xp w19水侧放热量QwWmw< C pwX t w10空气进口管面积FrfF= (n /4 )X D211空气进口温度ta1C测量值12空气出口温度ta2C测量值13空气进出口温差 taC ta= ta1 -ta214大气温度taC由温度计度出15空气密度p a1kg / rf根据ta查表16空气比热CPaKJ/ kkC根据（ta1+ta2 ） /2查表17来流空气动压 hPa由微压计读出18来流空气速度Vam/sVaJ2 9.81 h! a19空气流量mak /sMa= VaXp a1x F20空气侧吸热量QaWQa=mXC

　　14、psx ta21热平衡误差 =(Qw-Qa)/ Qa22平均换热量QWQ=(Qw+Qa)/223对数平均温差 tCt(tw1ta2)(tw2ta1 )ln(tw1%2ta1)24传热系数KW/rfCK= Q/( Aa XA t)附表1 空气-水换热器实验数据记录及计算结果实验完成人:序、参数名称符号单位计算公式及来源工况号换热器传热热阻1/KAC /W= t/Q2质量流速G wKg/ rf *s=mWZF w3定性温度t WC=(t w1+tw2)/24吕 内 水 侧动力粘度aKg/m*s查表5导热系数入W/m* C查表6普朗特数Pr/查表雷诺数Re/=Gwdi / a8努谢特数Nu/=奂热系数a WW/ rf * C=Nu 入 /d i10表面