2024年2月28日发(作者：怀依凝)

换热器的操作和传热系数的测定

一、实验目的

1、了解换热器的结构；

2、掌握测定传热系数K的方法；

3、学会换热器的操作方法，提高研究和解决传热实际问题的能力

二、基本原理

列管式换热器是工业生产中广泛使用的一种间壁式换热设备，通常由壳体、管束、隔板、挡板等主要部件组成。冷、热流体借助于换热器中的管束进行热量交换而完成加热或冷却任务。衡量一个换热器性能好坏的标准是换热器的传热系数K值。

QhT进T出

Qct出t进

由传热速率方程式知：

Q=KAtm

/式中tmttm

/tm

进tf,RPTt可由P，(Bowman)提Qht出T出t进TtIn进出T出t进R两因数根据安得伍德（Underwood）和鲍曼算法查取。式中：

热、冷流体的传热速率〔W〕

Q——换热器的传热速率t出t进P、T进t进出的图QcT出－T进R——t出t进〔W〕

Wh、Wc——热、冷流体质量流量〔kg/s〕(Wh=Vh.h)

Cph、Cpc——热、冷流体的平均恒压热容〔J/kg0C〕

T进、T出——热流体进、出口温度〔0C〕

t进、t出——冷流体进、出口温度〔0C〕

K——换热器的总传热系数〔W/m2.0C〕

A——换热器传热面积〔m2〕（A＝ndl）

tm——冷、热流体的对数平均传热温差〔0C〕

'——按逆流流动形式计算的对数平均传热温差〔0C〕

tm

以管束外表面积为基准的传热系数K0可由下式求取：

三、实验装置及流程

作为冷介质使用。

WcCpct出t进QcK0Atmnd0ltm介质A：空气经增压气泵（冷风机）C601送到水冷却器E604，调节空气温度至常温后，

介质B：空气经增压气泵（热风机）C602送到热风加热器E605，经加热器加热至70℃后，作为热介质使用。

介质C：来自外管网的自来水。

介质D：水经过蒸汽发生器R601汽化，产生压力为≤0.2MPa(G)的饱和水蒸汽。

从冷风风机C601出来的冷风经水冷却器E604和其旁路控温后，①进入列管式换热器E603的管程，与热风换热后放空；②经板式换热器E602与热风换热后放空；③经套管式换热器E601内管，与水蒸气换热后放空；④经列管式换热器E603管程后，再进入板式换热器E602，与热风换热后放空。

从热风风机C602出来的热风经热风加热器E605加热后，分为三路：①进入列管式换热器E603的壳程，与冷风换热后放空；②进入板式换热器E602，与冷风换热后放空；③经列管式换热器E603壳程换热后，再进入板式换热器E602，与冷风换热后放空。其中，热风进入列管式换热器E603的壳程分为两种形式，与冷风并流或逆流。

从蒸汽发生器R601出来的蒸汽，经套管式换热器E601的外管与内管的冷风换热后排空。

工艺参数指标：

温度控制：热风加热器出口热风温度：0～80℃，高位报警：H=100℃；

水冷却器出口冷风温度：0～30℃；

列管式换热器冷风出口温度：40-50℃，高位报警：H=70℃；

流量控制：冷风流量：15～60m3/h

热风流量：15～60m3/h；

液位控制：蒸汽发生器液位：200-500mm,低位报警：L=200mm。

四、实验步骤

准备阶段

检查所有仪表、设备是否处于正常状态，开启总电源开关，打开控制柜上空气开关33（1QF），打开装置仪表电源总开关10(2QF)，打开仪表电源开关SA1(8),查看所有仪表是否上电，指示是否正常。将各阀门顺时针旋转操作到关的状态。检查孔板流量计正压阀和负压阀是否均处于开启状态（实验中保持开启）。调节温度控制仪的设定温度到指定值。

实验阶段

1、启动热风机C602，调节风机出口流量FIC602为某一实验值，开启C602热风风机出口阀VA05，列管式换热器E603热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18),启动热风加热器E605（首先在C3000A上手动控制加热功率大小，待温度缓慢升高到实验值时，调为自动，其具体操作方法看附件四），控制热空气温度稳定在～80℃。注意:当流量FIC602≤20%时禁止使用热风加热器，而且，风机运行时，尽量调到最大功率运行。

2、列管式换热器开车：

（1）设备预热

依次开启换热器热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18），关闭其它与列管式换热

器相连接管路阀门，通入热风(风机全速运行），待列管式换热器热风进、出口温度基本一致时，开始下步操作。

（2）并流操作

依次开启列管式换热器冷风进、出口阀（VA08、VA11），热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18），关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门。

启动冷风风机C601，调节其流量FIC601为某一实验值，开启冷风风机出口阀VA04，开启水冷却器E604冷风出口阀VA07，自来水进出阀（VA01、VA03），通过阀门VA01调节冷却水流量，通过阀门VA06控制冷空气温度TI605稳定在～30℃；

调节热风进口流量FIC602为某一实验值、热风加热器出口温度TIC607（控制在～80℃）稳定，调节热风电加热器加热功率，控制热风出口温度稳定。待列管式换热器冷、热风进出口温度基本恒定时，可认为换热过程基本平衡，记录相应的工艺参数。

以冷风或热风的流量作为恒定量，改变另一介质的流量，从小到大，做3-4组数据，做好操作记录。

（3）逆流操作

依次开启列管式换热器冷风进、出口阀（VA08、VA11），热风进、出口阀和放空阀（VA14、VA17、VA18），关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门。

启动冷风风机C601，调节其流量FIC601为某一实验值，开启冷风风机出口阀VA04，开启水冷却器空气出口阀VA07，自来水进出阀（VA01、VA03），通过阀门VA01调节冷却水流量，通过阀门VA06控制冷空气温度TI605稳定在～30℃（其控温方法为手动，如主要控制回路中的2.2.4）；

调节热风进口流量FIC602为某一实验值、热风加热器出口温度TIC607（控制在～80℃）稳定，调节热风电加热器加热功率，控制热风出口温度稳定。待列管式换热器冷、热风进出口温度基本恒定时，可认为换热过程基本平衡，记录相应的工艺参数。

以冷风或热风的流量作为恒定量，改变另一介质的流量，从小到大，做3-4组数据，做好操作记录。

实验结束

停止热风加热器，继续大流量运行冷风风机和热风风机，当冷风风机出口总管温度接近常温时，停冷风、停冷风风机出口冷却器冷却水；当热风加热器出口温度TIC607低于40℃时，停热风风机。

装置系统温度降至常温后，关闭系统所有阀门。

切断控制台、仪表盘电源。

清理现场，搞好设备、管道、阀门维护工作。

五、实验记录及数据处理

1、实验记录

冷风系统 热风系统

序冷风进口冷风出口热风进口热风出口电加热设号

水冷却器阀门VA07风机出口流定温度风机出口流温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃)

3进口压力 的开度

量(m/h)

量(m3/h)

（℃）

1

2

3

4

5

6

2、数据处理

冷流体进口温度t进℃

冷流体出口温度t出℃

热流体进口温度T进℃

热流体出口温度T出℃

校正系数t

对数平均温度差tm

冷流体比热CpckJ/kgK

传热面积Am2

1

2

3

4

5

6

'逆流时对数平均温度差tm

冷流体质量流量Wc〔Kg/s〕

总传热系数K〔W/m2.0C〕

六、思考题

1．影响传热系数K的因素有哪些？

2．如何强化传热？情结合本实验的实际情况进行分析。

2024年2月28日发(作者：怀依凝)

换热器的操作和传热系数的测定

一、实验目的

1、了解换热器的结构；

2、掌握测定传热系数K的方法；

3、学会换热器的操作方法，提高研究和解决传热实际问题的能力

二、基本原理

列管式换热器是工业生产中广泛使用的一种间壁式换热设备，通常由壳体、管束、隔板、挡板等主要部件组成。冷、热流体借助于换热器中的管束进行热量交换而完成加热或冷却任务。衡量一个换热器性能好坏的标准是换热器的传热系数K值。

QhT进T出

Qct出t进

由传热速率方程式知：

Q=KAtm

/式中tmttm

/tm

进tf,RPTt可由P，(Bowman)提Qht出T出t进TtIn进出T出t进R两因数根据安得伍德（Underwood）和鲍曼算法查取。式中：

热、冷流体的传热速率〔W〕

Q——换热器的传热速率t出t进P、T进t进出的图QcT出－T进R——t出t进〔W〕

Wh、Wc——热、冷流体质量流量〔kg/s〕(Wh=Vh.h)

Cph、Cpc——热、冷流体的平均恒压热容〔J/kg0C〕

T进、T出——热流体进、出口温度〔0C〕

t进、t出——冷流体进、出口温度〔0C〕

K——换热器的总传热系数〔W/m2.0C〕

A——换热器传热面积〔m2〕（A＝ndl）

tm——冷、热流体的对数平均传热温差〔0C〕

'——按逆流流动形式计算的对数平均传热温差〔0C〕

tm

以管束外表面积为基准的传热系数K0可由下式求取：

三、实验装置及流程

作为冷介质使用。

WcCpct出t进QcK0Atmnd0ltm介质A：空气经增压气泵（冷风机）C601送到水冷却器E604，调节空气温度至常温后，

介质B：空气经增压气泵（热风机）C602送到热风加热器E605，经加热器加热至70℃后，作为热介质使用。

介质C：来自外管网的自来水。

介质D：水经过蒸汽发生器R601汽化，产生压力为≤0.2MPa(G)的饱和水蒸汽。

从冷风风机C601出来的冷风经水冷却器E604和其旁路控温后，①进入列管式换热器E603的管程，与热风换热后放空；②经板式换热器E602与热风换热后放空；③经套管式换热器E601内管，与水蒸气换热后放空；④经列管式换热器E603管程后，再进入板式换热器E602，与热风换热后放空。

从热风风机C602出来的热风经热风加热器E605加热后，分为三路：①进入列管式换热器E603的壳程，与冷风换热后放空；②进入板式换热器E602，与冷风换热后放空；③经列管式换热器E603壳程换热后，再进入板式换热器E602，与冷风换热后放空。其中，热风进入列管式换热器E603的壳程分为两种形式，与冷风并流或逆流。

从蒸汽发生器R601出来的蒸汽，经套管式换热器E601的外管与内管的冷风换热后排空。

工艺参数指标：

温度控制：热风加热器出口热风温度：0～80℃，高位报警：H=100℃；

水冷却器出口冷风温度：0～30℃；

列管式换热器冷风出口温度：40-50℃，高位报警：H=70℃；

流量控制：冷风流量：15～60m3/h

热风流量：15～60m3/h；

液位控制：蒸汽发生器液位：200-500mm,低位报警：L=200mm。

四、实验步骤

准备阶段

检查所有仪表、设备是否处于正常状态，开启总电源开关，打开控制柜上空气开关33（1QF），打开装置仪表电源总开关10(2QF)，打开仪表电源开关SA1(8),查看所有仪表是否上电，指示是否正常。将各阀门顺时针旋转操作到关的状态。检查孔板流量计正压阀和负压阀是否均处于开启状态（实验中保持开启）。调节温度控制仪的设定温度到指定值。

实验阶段

1、启动热风机C602，调节风机出口流量FIC602为某一实验值，开启C602热风风机出口阀VA05，列管式换热器E603热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18),启动热风加热器E605（首先在C3000A上手动控制加热功率大小，待温度缓慢升高到实验值时，调为自动，其具体操作方法看附件四），控制热空气温度稳定在～80℃。注意:当流量FIC602≤20%时禁止使用热风加热器，而且，风机运行时，尽量调到最大功率运行。

2、列管式换热器开车：

（1）设备预热

依次开启换热器热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18），关闭其它与列管式换热

器相连接管路阀门，通入热风(风机全速运行），待列管式换热器热风进、出口温度基本一致时，开始下步操作。

（2）并流操作

依次开启列管式换热器冷风进、出口阀（VA08、VA11），热风进、出口阀和放空阀（VA13、VA16、VA18），关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门。

启动冷风风机C601，调节其流量FIC601为某一实验值，开启冷风风机出口阀VA04，开启水冷却器E604冷风出口阀VA07，自来水进出阀（VA01、VA03），通过阀门VA01调节冷却水流量，通过阀门VA06控制冷空气温度TI605稳定在～30℃；

调节热风进口流量FIC602为某一实验值、热风加热器出口温度TIC607（控制在～80℃）稳定，调节热风电加热器加热功率，控制热风出口温度稳定。待列管式换热器冷、热风进出口温度基本恒定时，可认为换热过程基本平衡，记录相应的工艺参数。

以冷风或热风的流量作为恒定量，改变另一介质的流量，从小到大，做3-4组数据，做好操作记录。

（3）逆流操作

依次开启列管式换热器冷风进、出口阀（VA08、VA11），热风进、出口阀和放空阀（VA14、VA17、VA18），关闭其它与列管式换热器相连接管路阀门。

启动冷风风机C601，调节其流量FIC601为某一实验值，开启冷风风机出口阀VA04，开启水冷却器空气出口阀VA07，自来水进出阀（VA01、VA03），通过阀门VA01调节冷却水流量，通过阀门VA06控制冷空气温度TI605稳定在～30℃（其控温方法为手动，如主要控制回路中的2.2.4）；

调节热风进口流量FIC602为某一实验值、热风加热器出口温度TIC607（控制在～80℃）稳定，调节热风电加热器加热功率，控制热风出口温度稳定。待列管式换热器冷、热风进出口温度基本恒定时，可认为换热过程基本平衡，记录相应的工艺参数。

以冷风或热风的流量作为恒定量，改变另一介质的流量，从小到大，做3-4组数据，做好操作记录。

实验结束

停止热风加热器，继续大流量运行冷风风机和热风风机，当冷风风机出口总管温度接近常温时，停冷风、停冷风风机出口冷却器冷却水；当热风加热器出口温度TIC607低于40℃时，停热风风机。

装置系统温度降至常温后，关闭系统所有阀门。

切断控制台、仪表盘电源。

清理现场，搞好设备、管道、阀门维护工作。

五、实验记录及数据处理

1、实验记录

冷风系统 热风系统

序冷风进口冷风出口热风进口热风出口电加热设号

水冷却器阀门VA07风机出口流定温度风机出口流温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃)

3进口压力 的开度

量(m/h)

量(m3/h)

（℃）

1

2

3

4

5

6

2、数据处理

冷流体进口温度t进℃

冷流体出口温度t出℃

热流体进口温度T进℃

热流体出口温度T出℃

校正系数t

对数平均温度差tm

冷流体比热CpckJ/kgK

传热面积Am2

1

2

3

4

5

6

'逆流时对数平均温度差tm

冷流体质量流量Wc〔Kg/s〕

总传热系数K〔W/m2.0C〕

六、思考题

1．影响传热系数K的因素有哪些？

2．如何强化传热？情结合本实验的实际情况进行分析。