1、幵*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*空氣 水熱交換器實驗幵*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*卄*幵*指導說明同濟大學熱能實驗室陳德珍2000年 1 月**部分 空冷器實驗臺系統說明本實驗臺是上海交通大學開發、針對換熱器課程的教學要求而設計的科教產品。所用的換熱器為一較小的 間壁式換熱器，空氣水作為介質，實驗臺由獨立的風源，熱水源，溫度控制器等組合而成，有較大的靈活性， 以后還可發展冷卻塔性能試驗。一、實驗臺組成、系統、設備及儀表實驗臺系統的簡圖見圖主要性能：1.1，主要由風源、熱水源、可控硅溫度控制器組成。且各自獨立，有較大的靈活

　　2、性。2.3.風源：風機：電機： 風量： 風壓：出風口尺寸： 200X 135mm吸風口配二只可疊套的橡膠收縮風口，測速段處直徑分別為 Di=120mn及 C2=60mm,熱水源：水箱尺寸：水泵：電機： i20W 流量： h 壓頭： i2mH2O 加熱器： 3KW 220V 轉子流量計： 可控硅溫度控制器：ZK-w，三相 380v800m3/h60mmH2O445X 245X 575mm單相 220v3 只60-600L/hPID 調節儀三相可控硅電壓調整器LZB-25TA-092*大輸出功率 10KW鉑電阻溫度傳感器 BA 2 0100 C可控硅 3CT 20A/1000V 電源：三

　　3、相 380V4.實驗所用的間壁式換熱器為一較緊湊的翅片管式散熱器，由銅管束套帶皺折的鋁整 體翅片構成，見圖2。主要參數： 管束：紫銅管管徑： d0=10mm試驗用換熱器1=8mm節距橫向：S1=45mm縱向：s2=13mm翅片：鋁制、皺折、整片片厚：5 =片節距：t=d試件總體尺寸：水側：橫向管數： 縱向管排數: 總管數: 水通道并聯管子數： 管子總長度: 通道面積:氣側：通道尺寸：b=130mmh=116mm翅片數: 通風面積: 傳熱總面積: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風箱用塑料制成,出風口線型及大的收縮比， 保證空氣在換熱器進口截面處有均勻流速。整個風源設計緊湊，吸風口、調風口、整流柵、畢托管緊湊地組合在一起，為了適應不同風量測量的需要，用二只直徑不同的可疊套 使用的橡膠收縮風口，選用方便。試驗用換熱器是放置在出風口上，拆換方便。風箱制成水密形式，需要時可更換試驗件作冷卻塔填料性能試 驗。熱水源水箱用不銹鋼制成，水泵、流量計、調節閥、回流管路、加熱器組合緊湊。風源、熱水源、溫度控制器各自獨立，移動方便，可充分發揮各自的功能。翅片管

　　5、散熱器試驗時，水-空氣流可按逆流連接。空氣-水進出口溫度用銅一康銅熱電偶測量，水溫測點 twi,t W2直接放置在二聯箱進出口。進口空氣溫度ta1,測點裝在緊靠換熱器的進出口截面處，換熱器出口通道加一均溫段，再用均不的九對熱電偶并聯測量出口空氣溫度ta2熱電偶接線見圖3,冷端放入冰瓶內，同過一轉換開關，用電位差計測量tW1、tw2 ta1、ta2各溫度。D=120mm勺吸風口，小流量時用畢托管測定吸風口收縮段處流速，以確定空氣流量，大流量時用收縮段直徑 用直徑D=60mn的勺吸風口，再用調風門改變風量。 水流量通過調節閥控制，用轉子流量計測量。第二部分 實驗內容及安排一、實驗目的借助該實驗臺，

　　6、學生可以組織一間壁式換熱器的試驗，能夠達到以下幾方面。1.測定間壁式換熱器的傳熱系數；2了解換熱器的工作性能，熟悉間壁式換熱器的熱工計算方法；3.進一步可確定該換熱器氣側換熱面的傳熱特性，即傳熱因子與雷諾數之間的關系;4熟悉流體流速、流量、溫度等的測量，以及對實驗數據的處理。二、實驗內容及數據處理1.測定換熱器傳熱系數及其變化規律 熱水在管內流動，放熱量Qw.Qw=MvX CPwX (tw 1-tw 2)空氣流過管束外側，吸熱量CfeQa=MX GaX (ta 2-ta 1)(w)(w)以ca、Qw間熱平衡誤差 <10%的數據認為有效, = (Qw-Qa /Q *100% Q=(Qw+Q

　　7、a)/2水-空氣按逆流方式工作，傳熱系數K=Q/Aa- t m以上各式中：tw(2)并按平均值作為其換熱量Q.1、tW2(w)K(w/mtaMC水進出口溫度；1、ta2- 空氣進出口溫度；w、Ma- 水、空氣的質量流量；pw Cpa 水、空氣的比熱；(Kg/S)(J/Kg C) t m-平均溫差，(C )；其計算如下:ta2 )(tw2ta1 )tmt tInbw_Jt w2 ta1itf )氣側換熱總面積。A空氣流速變化對傳熱系數 K的影響較大，水流速度及水溫變化對傳熱系數也有影響。為了了解空氣流速及水 流速度對傳熱系數的影響，可藉溫控器保持相同的水溫，并維持一定的水流量，改變不同的空氣流量

　　8、進行試驗， 可得出某水溫、水流速條件下傳熱系數隨空氣流速的變化規律。2.確定氣側換熱面的傳熱規律，既傳熱因子J與雷諾數Re之間的關系該換熱器的傳熱元件為帶翅片的圓管，換熱器熱阻由以下幾部分組成。1KA1丄dil awrFW其中：rFw、 r Fa'為水側和氣側的污垢熱阻;a wa a 為水側和氣側換熱系數; 氣側的肋壁效率；(W/rfC)I吩)2 dl管壁導熱熱阻；(C /W)在試驗設備新投入使用時，可忽略污垢熱阻,(5)式可簡化為:KA dil wIn(詈)2 Ia Aa其中：1/KA由本實驗確定,即:(6)氣側換熱面的換熱規律可用J和Re關系表示。1/KA= trnYQ水側換熱系數

　　9、a按水在管內流動的換熱準則方程，由計算確定。由(6)式即可求出氣側換熱表面的熱阻1/ ( a a- n Aa)值。傳熱因子J可用折算換熱系數aA= aan來定義。2J Pr3 Ga Cp(8)雷諾數Re的計算為:其中特征尺寸D可用下式定義DH=4V/Aa為氣側通道所占體積：V=ax bx h a為與空氣接觸的表面積，即氣側表面積 a為空氣質量流速，可采用下式計算：(m)(10)(m3)rf)(Kg/itf ? s)即用空氣流至換熱器的迎面質量流速，來定義雷諾數。采用上述J及Re的定義法，數據處理及使用結果亦比較方便。試驗工況可安排在不同的空氣流量下進行（為什么），水溫及水速可不受限制。將各工況

　　10、所測結果按上述方法計算出相應的J與Re,然后繪在雙對數紙坐標上，即得出其JRe變化規律。此部分內容要求同學們自己完成。三.實驗步驟及注意事項 實驗步驟：10分鐘。1接通可控硅溫控器電源，設定熱水加熱溫度，對水加熱2開啟回水閥，打開水泵，調節流量。3開啟風機，將風門調至所需開度。4待水溫及水流量穩定后，讀取有關數據。5改變工況，穩定 5分鐘后再讀取另一工況的數據。 注意事項：1 .熱水溫度一般設置在 7080 C2.水流量一般選在 L/h左右測傳熱系數K時，維持恒定的水流量，改變不同的空氣流速進行測量。欲測氣側傳熱因子 J與雷諾數Re關系時，改變不同的空氣流速，可相應適當調節水流量。

　　11、3用不同收縮口直徑的吸風口，并調節風門開度，以獲得不同的空氣流量。4因為可控硅溫控器對水溫的控制有12 C的波動，會對讀數和實驗結果造成一定影響，可用調壓器替代可控硅溫控器以保證進口水溫的穩定。JRe曲線。如果采用改變水側流量的方式來測取5 .注意為什么本實驗采用改變風量的方法來測量傳熱因子 水側JRe曲線，會有什么現象四.實驗及結果整理要求由學生自己編制實驗大綱，完成實驗。大綱要求包括試驗對象、試驗原理、試驗設備及測量系統、試驗 工況選定、數據記錄表格、數據處理等。然后自己組織試驗，再完成實驗報告。時間上安排二次，**次了解試 驗臺裝置并編制實驗大綱，第二次再進行試驗。教師只就試驗原理作簡單

　　12、介紹，提出編制大綱的要求。附表一為數據記錄表格的參考格式。附表二、三為數據處理及整理的參考格式。另要求：1. 將傳熱系數K隨空氣質量流速 Ga的變化規律在方格紙上用坐標圖表示。2. 將氣側換熱面的傳熱因子 J與雷諾數Re間的關系在方格紙上用坐標圖表示。序 號參數名稱符號單位計算公式及來源工況1工況2工況3工況4工況51管翅換熱面積AaAa=2水進口溫度tw1°C測量值3水出口溫度tw2°C測量值4水進出口溫差 twC tw= tw1 tw25水容積流量VL/h由轉子流量計讀出6水密度p w1kg / rf根據tw1查表7水比熱CPWKJ/ kkC根據（tw1+tw2） /2

　　13、查表8水質量流量mwk /smw = ( V/3600 )Xp w19水側放熱量QwWmw< C pwX t w10空氣進口管面積FrfF= (n /4 )X D211空氣進口溫度ta1C測量值12空氣出口溫度ta2C測量值13空氣進出口溫差 taC ta= ta1 -ta214大氣溫度taC由溫度計度出15空氣密度p a1kg / rf根據ta查表16空氣比熱CPaKJ/ kkC根據（ta1+ta2 ） /2查表17來流空氣動壓 hPa由微壓計讀出18來流空氣速度Vam/sVaJ2 9.81 h! a19空氣流量mak /sMa= VaXp a1x F20空氣側吸熱量QaWQa=mXC

　　14、psx ta21熱平衡誤差 =(Qw-Qa)/ Qa22平均換熱量QWQ=(Qw+Qa)/223對數平均溫差 tCt(tw1ta2)(tw2ta1 )ln(tw1%2ta1)24傳熱系數KW/rfCK= Q/( Aa XA t)附表1 空氣-水換熱器實驗數據記錄及計算結果實驗完成人:序、參數名稱符號單位計算公式及來源工況號換熱器傳熱熱阻1/KAC /W= t/Q2質量流速G wKg/ rf *s=mWZF w3定性溫度t WC=(t w1+tw2)/24呂 內 水 側動力粘度aKg/m*s查表5導熱系數入W/m* C查表6普朗特數Pr/查表雷諾數Re/=Gwdi / a8努謝特數Nu/=奐熱系數a WW/ rf * C=Nu 入 /d i10表面