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结构形式繁多，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 性能进行测试二、系统特点1. 采用四种不同结构的换热器（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，对其进行性能测量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行比较分析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 AC380V±10% 50Hz2. 工作环境：温度-10°C〜+40°C；相对湿度V85%（25°C）；海拔V4000m3•装置容量：V4kVA4. 套管式换热器：换热面积0. 14m25•螺旋板式换换热器：换热面积lm26•列管式换热器：换热面积0.5m27. 钎焊板式换热器： 0. 144m2&电加热器总功率：V3.5kW9.安全保护：设有电流型漏电保护、接地保护，安全符合国家标准。
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交叉流换热器；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 于交叉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、紫铜或不锈钢进行制作。
在进行 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-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器有多种结构形式，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）结构简单而精密，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相同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 进行适当的调整同时，螺旋板式换热器具有比较长的单独流道，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行完全处理，并且避免了由于流体的突 然转向而产生的堵塞问题螺旋板式换热器采用单流道结构设计，因此采用化学方法对流道内部进行清洗具有很好的效 果有盖板的螺旋板式换热器，盖板一般都配有钩头螺栓，以便于打开盖板，用机械方式对流道 内部进行清洗。
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 捷的打开盖板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4〜7m，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,若选材得当,它可用于腐蚀性介质的换 热这种换热器具有若干突出的优点，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结构特点如下：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、使用安全可靠；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A图 3 套管式换热器原理冲HU码抚怙哉fi■Mujdua —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、列管式换热器的结构，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结构特点及其性能的差别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行其性能的测试其中，对套管式换热器、板式换热 器和螺旋板式换热器可以进行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，并作比较：（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行比较和分析。
1） 换热器的传热方程为Q 二 KFAtm（2）热水和冷水热交换平衡方程式为Q 二 Qheat cold即 G c (t — t ) — G c (t — t )h p,h h1 h2 c p,c c 2 c1式中 Q ―换热器整个传热面上的热流量 WK —总传热系数W /(m2・C)F ―总传热面积 m 2At —换热器的平均温差或平均温压°CmQ —热水放热量 WheatQ —冷水放热量 WcoldG 、G －热、冷水的质量流量 kg /s heat coldc 、c —热、冷水的定压比热kJ /(kg・C)p , h p,ct 、 t —热水的进、出口温度 Ch1 h 2t 、 t —冷水的进、出口温度 Cc1 c 2(3) 换热器的平均温差，不论顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式At －AtAt — max mi^ (e=2.71828) 式中m Atln maxAtminAt —冷、热水在换热器某一端最大的温差 CmaxAtmin—冷、热水在换热器某一端最小的温差C(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q_Q + — heat cold2(5) 热平衡误差Q —Q heat coldX 100%(6) 总传热系数 K = -^~FAtm(7) 热、冷流体的质量流量 G 、G 是根据浮子流量计读数转换而来的，可以按照以下heat cold公式换算 V:h =0.000278 kg /s三、实验设备本实验装置采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验；如工作原理图5所示。
换热形式为热水—冷水换热式oV±—i^i—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结构参数见表1表1 换热器的结构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C0.1440.510.14390<100四、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、注意事项编写出来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，并对实验结果进行分 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°C以下的某一指定温度；(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，并调整到合适流量经过一段时间，冷热水热交换达到相对稳定状态所 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12 16 20 24 28 32 36 40 4448 52 56 60 64 68X测量摄氏温度（°C）)C（ 度 温氏摄际实）°C（X 测量摄氏温度 （C）度温氏摄际实YX测量流量（L/h））h/L（ 量 流 际 实八、 思考题1. 你曾接触过哪些换热器，它们的结构和性能有什么区别？2. 增强传热的方法有哪些？九、 注意事项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°C；2. 启动冷水泵后，当切换冷水阀门顺逆流时，要注意先打开某一对阀门通路然后再关闭另 对阀门通路，否则会使水泵出问题。
3. 实验结束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结构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、套管式换热器的结构及换热原理 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P面■佯TtBMtf#lAHLi^**或换輯器曲站构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4〜7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,若选材得当,它可用于腐蚀性介质的换热这种换热器具有若干突出 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) 结构简单，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，同时还可以选取合适的截面尺寸， 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870〜1750W/(m 2・t)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Q 二 KFAtm(2) 热水和冷水热交换平衡方程式为Q 二 Qheat cold即 G c (t — t ) = G c (t — t )h p,h h1 h2 c p,c c 2 c1式中 Q—换热器整个传热面上的热流量，WK —总传热系数，W /(m2・。
C)F —总传热面积， m2At —换热器的平均温差或平均温压，CmQ —热水放热量， WheatQ —冷水放热量， WcoldG 、 G －热、冷水的质量流量， kg / sheat coldc 、c —热、冷水的定压比热，kJ /(kgC)p ,h p,ct 、t —热水的进、出口温度，°Ch1 h 2t、t —冷水的进、出口温度，Cc1 c 2(3) 换热器的平均温差，不论顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式At －AtAtmmax min (e=2.71828)ln AtmaxAtmin式中 At —冷、热水在换热器某一端最大的温差，CmaxAt .—冷、热水在换热器某一端最小的温差，Cmin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q_Q + = —heat cold2(4) 热平衡误差方程为—Q —Q— heat coldX 100%(5) 总传热系数方程为QFAtm(6) 热、冷流体的质量流量G 、G 是根据流量计读数转换而来的，可以按照以heat cold下公式换算：Ah—0.000278 kg.s三、实验步骤进行套管式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进行，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 15cm4、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，使加热器开始工作8、等水箱里的水温度达到40 度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进行循环9、等温度达到动态的平衡时，开始记录数据，可记录多组数据进行数据处理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止的位置，将 顺/逆流切换开关打到停止的位置，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、实验注意事项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，换热器冷水部分出口及进口温度正常显示做顺流实验时，换热器冷水部分 出口及进口温度需进行交换读取实验二 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结构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、螺旋板式换热器的结构及换热原理螺旋板式换热器(SHE)结构简单而精密，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相同又各自完全独立的螺 旋形流道螺旋板换热器的特点如下:(1) 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2) 流道内不易堵塞由于螺旋板式换热器采用了单流道结构，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3) 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 件和需求进行适当的调整同时，螺旋板式换热器具有比较长的单独流道，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行完全处理， 并且避免了由于流体的突然转向而产生的堵塞问题。
4) 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行过多的管线调整可以明显的降低费用5) 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，这样就完全避免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6) 结构紧凑，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结构紧凑，占用 空间大大减少据统计，在处理相同的流体时，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7) 清洗方便 螺旋板式换热器采用单流道结构设计，因此采用化学方法对流道内部进行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，以便于打开盖板， 用机械方式对流道内部进行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，这样可以更快捷的打开盖板2、螺旋板式换热器数据计算(1) 换热器的传热方程为Q 二 KFAtm(2) 热水和冷水热交换平衡方程式为Q 二 Qheat cold即 G c (t — t ) = G c (t — t )h p,h h1 h2 c p,c c 2 c1式中 Q ―换热器整个传热面上的热流量， WK —总传热系数，W /(m2・C)F ―总传热面积， m2At —换热器的平均温差或平均温压，CmQ —热水放热量， WheatQ —冷水放热量， WcoldG 、 G －热、冷水的质量流量， kg / sheat coldc 、c —热、冷水的定压比热，kJ /(kgC)p ,h p,ct 、 t ―热水的进、h1 h 2t 、 t ―冷水的进、c1 c 2 (3)换热器的平均温差，出口温度，出口温度，不论顺流、°C逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式At －AtAt = max min (e=2.71828)m Atln maxAtmin式中 At —冷、热水在换热器某一端最大的温差，CmaxAt .—冷、热水在换热器某一端最小的温差，C以热水放热量为基准热面上的热流量，则有min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q_Q + = —heat cold2(4)热平衡误差方程为X 100%—Q —Q— heat coldQK = -^~FAtm、 G 是根据流量计读数转换而来的，可以按照以(5)总传热系数方程为heat cold(6 )热、冷流体的质量流量G下公式换算：Ah =0.000278 kg.s、实验步骤进行螺旋板式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进行，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15cm4、 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，使加热器开始工作8、 等水箱里的水温度达到40 度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进行循环9、 等温度达到动态的平衡时，开始记录数据，可记录多组数据进行数据处理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止的位置，将 顺/逆流切换开关打到停止的位置，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、实验注意事项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，换热器冷水部分出口及进口温度正常显示做顺流实验时，换热器冷水部分 出口及进口温度需进行交换读取实验三 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结构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、列管式换热器的结构及换热原理 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 锈钢制作在进行换热时，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-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流 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结构来分，主要有以下几种：1. 固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，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 体进出口接管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。
为了克服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°C以上时， 为安全起见，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60〜70C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，就应考虑其他结构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 差应力其缺点为结构复杂，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，结构比浮头式简单，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。
优点是结构 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Q 二 KFAtm(2) 热水和冷水热交换平衡方程式为Q 二 Qheat cold即 G c (t — t ) — G c (t — t )h p,h h1 h2 c p,c c 2 c1式中 Q —换热器整个传热面上的热流量’WK —总传热系数，W /(m2・C)F ―总传热面积， m2At —换热器的平均温差或平均温压，CmQ —热水放热量， WheatQ —冷水放热量， WcoldG 、 G －热、冷水的质量流量， kg / sheat coldc 、c —热、冷水的定压比热，kJ /(kgC)p ,h p,ct 、t —热水的进、出口温度，Ch1 h 2t、t —冷水的进、出口温度，Cc1 c 2(3) 换热器的平均温差，不论顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式为AtmAt －At max minln AtmaxAtmin(e=2.71828)式中 At —冷、热水在换热器某一端最大的温差，°CmaxAt .—冷、热水在换热器某一端最小的温差，Cmin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q_Q + = —heat cold2(4) 热平衡误差方程为X 100%—Q —Q— heat coldQ(5) 总传热系数方程为FAtm(6) 热、冷流体的质量流量G 、G 是根据流量计读数转换而来的，可以按照以heat cold下公式换算：Ah =0.000278 kg.s三、实验步骤进行列管式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进行，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 15cm4、 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，使加热器开始工作8、等水箱里的水温度达到40 度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进行循环9、等温度达到动态的平衡时，开始记录数据，可记录多组数据进行数据处理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止的位置，将 顺/逆流切换开关打到停止的位置，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、实验注意事项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，换热器冷水部分出口及进口温度正常显示做顺流实验时，换热器冷水部分 出口及进口温度需进行交换读取实验四板式换热器性能测试一、实验目的 1、熟悉板式换热器的结构 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、板式换热器的结构及换热原理 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，其结构特点如下：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，若与淋洒式的排管 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3000〜6000W/m2.oC范 围内这就表明，板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/2〜1/4即可达到同样的换 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合适的传 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激烈的湍流，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、使用安全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，又起到了安全报警的作用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 温差可达到loC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、 阻力损失少在相同传热系数的条件下，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 范围内。
11、 投资效率高在相同传热量的前提下，板式换热器与管壳式换热器相比较，由于换热面积，占地 面积，流体阻力，冷却水用量等项目数值的减少，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Q 二 KFAtm(2) 热水和冷水热交换平衡方程式为Q 二 Qheat cold即 G c (t — t ) = G c (t — t )h p,h h1 h2 c p,c c 2 c1式中 Q —换热器整个传热面上的热流量，WK —总传热系数，W /(m2• C)F ―总传热面积， m 2At —换热器的平均温差或平均温压，CmQ —热水放热量， WheatQ —冷水放热量， WcoldG 、 G －热、冷水的质量流量， kg / sheat coldc 、c 一热、冷水的定压比热，kJ /(kg- C)p ,h p,ct 、t —热水的进、出口温度，Ch1 h 2t、t —冷水的进、出口温度，Cc1 c 2(3) 换热器的平均温差，不论顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式At －AtAtmmax min (e=2.71828)ln Atin maxAtmin式中 At —冷、热水在换热器某一端最大的温差，CmaxAt .—冷、热水在换热器某一端最小的温差，Cmin 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q_Q + = —heat cold2(4) 热平衡误差方程为—Q —Q— heat coldX 100%(5) 总传热系数方程为QFAtm(6) 热、冷流体的质量流量G 、G 是根据流量计读数转换而来的，可以按照以heat cold下公式换算：Ah—0.000278 kg.s三、实验步骤进行板式换热器性能测试实验时必须按照以下步骤进行，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1 5cm4、 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，使加热器开始工作8、 等水箱里的水温度达到40度左右时，启动冷水泵及热水泵，使水路进行循环9、 等温度达到动态的平衡时，开始记录数据，可记录多组数据进行数据处理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止的位置，将 顺/逆流切换开关打到停止的位置，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、实验注意事项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，换热器冷水部分出口及进口温度正常显示做顺流实验时，换热器冷水 部分出口及进口温度需进行交换读取。