列管式换热器性能测试..doc

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： 　　⑴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℃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60～70℃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。 ⑵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。 　　⑶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。 　　⑷U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 （18-1） (2)热水和冷水热交换平衡方程式为 （18-2） 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，不论顺流、逆流都可以采用对数平均温差的形式，其公式为 (e=2.71828) （18-3） 式中 ―冷、热水在换热器某一端最大的温差，℃ ―冷、热水在换热器某一端最小的温差， ℃ 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 （18-4） (4)热平衡误差方程为 100％ （18-5） (5)总传热系数方程为 （18-6） (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： （18-7） 三、实验步骤 进行列管式换热器性能