北理珠-制冷原理設(shè)備實驗指導書

1、北京理工大學珠海學院 實驗指導書 熱能與動力工程教研室2014.5 目 錄實驗一 單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)制冷裝置的認識2實驗二 制冷（熱泵）循環(huán)演示裝置實驗5實驗三 制冷（熱泵）故障分析8 （一）、汽汽熱管換熱器性能測試前言熱管起源于二十世紀六十年代，是一種具有特高導熱性能的新型傳熱元件。熱管理論一經(jīng)提出就得到了各國科學家的高度重視，并展開了大量的研究工作，使得熱管技術(shù)得以迅速發(fā)展。我國自二十世紀80年代以來相繼開發(fā)了熱管氣氣換熱器、熱管氣水換熱器、熱管余熱鍋爐、熱管蒸汽發(fā)生器、熱管熱風爐等各類熱管產(chǎn)品。熱管換熱技術(shù)因其卓越的換熱能力及其他換熱設(shè)備所不具有的獨特換熱技術(shù)在航空、化工、石油、建材、

2、輕紡、冶金、動力工程、電子電器工程以及太陽能等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。一、實驗原理 典型的熱管由管殼、外部擴展受熱面（散熱器）、端蓋組成。它的下部是由一根高效換熱管組成的換熱系統(tǒng)，上部則是內(nèi)部真空的散熱器殼體組成的重力熱管系統(tǒng)。其工作原理是：熱水流過換熱管時，把熱能交換到液體工質(zhì)中，液體工質(zhì)在極小的熱阻下迅速蒸發(fā)汽化擴散到散熱器上部，整個散熱器達到很高溫度并向外散熱。氣體工質(zhì)在散熱的同時冷凝為液體工質(zhì)，并依靠自身重力回流到殼體底部，繼續(xù)進行下一個相變傳熱循環(huán)。熱管的傳熱原理決定著熱管具有以下基本特性：較大的傳熱能力，熱管巧妙的組織了熱阻較小的沸騰和凝結(jié)兩種相變過程，使它的導熱系數(shù)高達紫銅導熱系數(shù)

3、的數(shù)倍以至數(shù)千倍；優(yōu)良的等溫性，熱管內(nèi)腔的氣體是處于飽和狀態(tài)，飽和氣體由蒸發(fā)段流向冷凝段的壓力差很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性；不需要輸送泵及密封潤滑部件，結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件和噪音。熱管組成的熱管換熱器具有以下優(yōu)點：1. 熱管換熱器可以通過換熱器中的隔板使冷熱工質(zhì)完全分開，在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發(fā)生破壞，不會導致冷熱流體的摻雜。所以熱管換熱器具有很高的可靠性，適用于易然、易爆、腐蝕等流體的換熱過程；2. 熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，比較容易的實現(xiàn)冷、熱流體的完全逆流換熱；同時冷熱流體均在管外流動，由于管外流動的換熱系數(shù)遠高于管內(nèi)流動的換熱系數(shù)，且兩側(cè)受熱面均可

4、采用擴展受熱面。用于品位較低的熱能的回收非常經(jīng)濟；3. 熱管換熱器可以通過調(diào)整熱管結(jié)構(gòu)尺寸，擴展受熱面形式，解決換熱器的磨損堵灰問題。4. 帶有腐蝕性的煙氣的余熱回收時使用熱管換熱器，可以通過調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來調(diào)整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開最大的腐蝕區(qū)域。二、實驗目的1) 熟悉熱管換熱器實驗臺的工作原理和使用方法。2) 了解熱管換熱器換熱量與風溫、風速及熱管傾斜角度等參數(shù)的關(guān)系。3) 掌握氣氣熱管換熱器性能的測試方法，換熱量和傳熱系數(shù)的計算方法。三、實驗裝置實驗臺主要由翅片式（鋁軋片管）熱管換熱器、電加熱器組、冷熱端風機、風量調(diào)節(jié)閥門、測速笛形管、數(shù)顯式測溫系統(tǒng)和工作臺等組成，

5、其結(jié)構(gòu)特點如下：（1）熱段空氣采用循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)升溫快、省電。（2）熱風電加熱系統(tǒng)分三組控制。其中一組可無級調(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)靈活、穩(wěn)定。（3）采用數(shù)顯式測溫系統(tǒng)，具有快速、準確、方便等特點。實驗臺的結(jié)構(gòu)如圖1所示 實驗臺主要機構(gòu)尺寸如下：（1） 冷、熱端測速段風管截面積 (D=120mm) m2 （2）熱管換熱器冷或熱端傳熱表面積（按14根熱管計算） m2（或根據(jù)直徑計算）（3）排列形式：14根3列豎向、叉排。四、實驗內(nèi)容與測量簡述實驗原理及過程；繪制換熱器性能測試系統(tǒng)原理圖；穩(wěn)定運行條件下，測量冷端和熱端空氣在換熱器進出口處的溫度，冷熱端空氣流速、流量。分析實驗數(shù)據(jù)，計算換熱器的總傳熱系數(shù)，對

6、數(shù)平均傳熱溫差和熱平衡誤差等，繪制傳熱性能曲線（以傳熱系數(shù)為縱坐標，空氣流量為橫坐標繪制傳熱性能曲線）；分析實驗數(shù)據(jù)誤差結(jié)果。五、實驗步驟與數(shù)據(jù)記錄將電源插頭插在插座上，合上總電源開關(guān)，數(shù)據(jù)巡檢儀顯示。開啟熱端風機開關(guān)，調(diào)節(jié)熱端循環(huán)風量（利用風機進口處的風量調(diào)節(jié)板，改變其面積來進行調(diào)節(jié)）打開三組電加熱器（電熱器開關(guān)受熱端風機開關(guān)控制，只有當熱端風機開啟后才能接通電加熱器開關(guān)）。調(diào)節(jié)熱風溫度，使其趨近并達到穩(wěn)定。熱端進風溫度是用電加熱器開關(guān)的開啟數(shù)量（即接通電加熱器的數(shù)量）和電加熱器的調(diào)壓旋轉(zhuǎn)鈕來進行調(diào)節(jié)。電加熱器組分三級（2kW、1kW、01kW）進行控制，其中一組可利用調(diào)壓旋鈕進行無級調(diào)節(jié)（

7、順時針旋轉(zhuǎn)為升壓，反之為降壓）。觀察熱風溫度，待該溫度達到（或接近）實驗預期值時，開啟冷端風機開關(guān)，并利用其出風口處的旋轉(zhuǎn)調(diào)風閥改變其開口大小來調(diào)節(jié)冷端風量。在第一個實驗工況點穩(wěn)定后即可開始記錄數(shù)據(jù)。記錄冷、熱端笛形管壓差及各測點空氣溫度值，記錄工作每隔23分鐘進行一次。依次調(diào)整可調(diào)參數(shù)（整個實驗可將可調(diào)參數(shù)在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)均勻地分成57個工況點進行測定），重復上述步驟，測定和記錄其它工況點的數(shù)據(jù)。實驗結(jié)束后，首先停止電加熱器工作，5分鐘后停止冷、熱端風機工作，切斷電源。（1）熱管換熱器垂直放置，固定冷、熱端空氣流量，改變熱端空氣進口溫度（溫度調(diào)節(jié)范圍：3560）六、操作注意事項注意：熱管換熱器工

8、作溫度（熱風進口溫度）為3560，切勿超溫使用，以防損壞熱管。停止電加熱器工作后，冷、熱端風機繼續(xù)工作五分鐘后切斷電源。七、實驗數(shù)據(jù)處理1 冷端空氣流量流速： m/s流量： VL=FLVL m3/s2. 熱端空氣流量流速： m/s流量： VR=FRVR m3/s3冷端換熱量 W4熱端換熱量 W5平均換熱量 W6熱平衡誤差7傳熱系數(shù)式中：PL，PR 冷、熱端測速段全壓 PaPLj，PR j 冷、熱端測速段靜壓 PaPL，PR 冷、熱端測速笛形管壓差 PaL=1.005,R =1.006 冷、熱端測速段笛形管壓差修正系數(shù)， 冷、熱端測速段笛形管流量修正系數(shù)，取1.05 ， 冷、熱端測速段空氣密度

9、kg/m3TL1, TL2 冷端空氣進出口溫度 TR1, TR2 熱端空氣進出口溫度 t傳熱溫差 八、實驗數(shù)據(jù)記錄表一 熱風進口溫度變化時的各組參數(shù)編號PLPRTL1TL2TR1TR2表二 熱平衡計算表編號冷端空氣流量熱端空氣流量冷端吸熱量熱端放熱量平均換熱量傳熱系數(shù)K熱平衡偏差 （二）、空氣加熱器性能測試在空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，除應用噴水室對空氣進行熱濕處理外，還廣泛采用表面式換熱器對空氣進行處理。通常表面式可分為表面式冷卻器和空氣加熱器兩大類表面式冷卻器一般以冷水或者制冷劑作為冷媒，可實現(xiàn)對空氣的等濕冷卻、減濕冷卻等處理過程。 空氣加熱器一般以熱水或者蒸汽作為熱媒，可實現(xiàn)對空氣的等濕加熱的處理過

10、程。一、實驗目的通過本實驗熟悉和掌握空氣加熱器（簡稱加熱器）性能（換熱量）的測定方法。二、實驗裝置及儀器圖一、實驗裝置示意圖1.循環(huán)水泵 2.轉(zhuǎn)子流量計 3.過冷器 4.表冷器 5.實驗臺支架6.吸入段 7. 整流柵 8.加熱前空氣溫度 9. 表冷器前靜壓 10.U形差壓計 11. 表冷器后靜壓 12.加熱后空氣溫度 13.流量測試段 14孔板 17.風機 18.傾斜管壓力計 19.控制測試儀表盤 20.水箱換熱器為表冷器，表冷器幾何尺寸如下表：鋁翅片尺寸（mm）片距（mm）基管直徑dw/dn（mm）迎風面積Fy（m2）散熱面積F（m2）最窄通風面積f（m2）熱水流通面積f（m2）200432

11、.010/80.040.8850.0260.00001256 2水箱電加熱器總功率為4.5kW，分三檔控制，三檔功率分別為1.5kW。3空氣溫度和熱水溫度用K型熱電偶測量。4空氣流量用孔板配傾斜式微壓計測量。5空氣通過換熱器的流通阻力，在換熱器前后的風管上設(shè)靜壓測嘴，配傾斜式微壓計測量；熱水通過換熱器的流通阻力，在換熱器進出口處設(shè)測阻力測嘴，配壓力表和U型管測量。6熱水流量用轉(zhuǎn)子流量計測量。三、實驗方法1聯(lián)接電源（380V，四線，50HZ，5kW）。2向電熱水箱內(nèi)注水至水箱凈高5/6處。3用耐壓膠管連接換熱器進出口處的阻力測嘴和差壓計的管口。4連接傾斜式微壓計及其相應的接口。5工況調(diào)節(jié)1）全開

12、水箱電加熱器開關(guān)，待水溫接近試驗溫度時，打開水泵開關(guān)，利用水泵出口閥門調(diào)節(jié)熱水流量。2）視換熱器情況，調(diào)節(jié)水箱電加熱器功率（改變加熱器投入，并利用調(diào)壓器改變第三組加熱器工作電壓），使熱水溫度穩(wěn)定于試驗工況附近。 注 停機注意事項：（1）先關(guān)閉全部電熱器開關(guān)；（2）十分鐘后關(guān)閉水泵和風機開關(guān)。（3）最后，切斷電源。四、實驗步驟1）擬定試驗熱水溫度（可取T1=5065）2）在固定熱水流速，改變空氣流速的工況下，進行一組試驗（5個以上工況）。3）在固定空氣流速，改變熱水流速的工況下，進行一組試驗（5個以上工況）。4）每一工況的試驗，均需測定以下參數(shù)：空氣進口溫度（或室溫）；空氣出口溫度及空氣流量；熱

13、水進出口溫度及熱水流量；空氣和熱水通過換熱器的阻力等。五數(shù)據(jù)處理1）空氣吸熱量：Q1=CpkGk(t2-t1), W2）熱水放熱量：Q2=CpsGs(T1-T2), W3）平均換熱量：， W4）熱平衡誤差：5）傳熱系數(shù)： W/m2式中：Cpk，Cps分別為空氣和水的定壓比熱。J/kgGk，Gs 分別為空氣和水的質(zhì)量流量，kg/sGk = m3/s 流量系數(shù)，空氣取0.9988；被測介質(zhì)的膨脹校正系數(shù)，空氣取0.6329；F0孔板喉部斷面面積m2；P孔板前、后取壓斷面的靜壓差，氣體密度，kg/m3；Gs進口溫度下的水流量 kg/sb微壓計傾斜比1/5t1，t2空氣的進出口溫度,T1，T2熱水的進

14、出口溫度, F換熱器散熱面積0.885 m2傳熱溫差， 注意事項：熱水溫度不能超過70。以免影響設(shè)備使用壽命。將原始數(shù)據(jù)記于表一、表二。將計算整理數(shù)據(jù)記于表三。加熱器的平均換熱量為式中： 加熱器的平均換熱量，kW；實驗中兩流體間的熱平衡偏差為 則符合要求，實驗即為合格；否則需要改變運行參數(shù)，重新進行測定與計算。表一 固定熱水流速記錄表編號空氣流速水測 流量： 空氣側(cè) 進口溫度出口溫度進口溫度出口溫度12345表二 固定空氣流速記錄表編號水測流速水測 空氣側(cè) 流量： 進口溫度出口溫度進口溫度出口溫度12345表三水測流量空氣側(cè)流量水測換熱量Q1空氣側(cè)換熱量Q2平均換熱量Q傳熱系數(shù)K熱平衡偏差 六

15、、問題討論1、 換熱量隨水測或空氣側(cè)流速的改變怎么樣變化？2、 傳熱系數(shù)隨水測或空氣側(cè)流速的改變怎么樣變化?（三）、翅片管式換熱器性能測試一、實驗目的1了解翅片管式換熱器的原理；3測量翅片管式換熱器的性能；4培養(yǎng)學生獨立進行科研實驗的能力。二、實驗內(nèi)容1熟練實驗原理和實驗裝置，學習正確使用測溫度、測壓差、測流速、測熱量等儀表。2正確安排實驗，測取管外放熱和阻力的有關(guān)實驗數(shù)據(jù)。3對實驗設(shè)備，實驗原理，實驗方案和實驗結(jié)果進行分析和討論。三、實驗設(shè)備實驗的翅片管束安裝在一臺低速風洞中實驗裝置和測試儀表如圖1所示。試驗由有機玻璃風洞，加熱管件、風機支架、測試儀表等六部分組成。有機玻璃風洞由帶整流隔柵的

16、入口段，整流絲網(wǎng)、平穩(wěn)段、前測量段、工作段、后測量段、收縮段、測速段、擴壓段等組成。工作段和前后測量段的內(nèi)部橫截面積為200mmx200mm。五、實驗步驟1熟悉實驗原理, 實驗設(shè)備2調(diào)試檢查測溫、測速、測熱等各儀表，使其處于良好工作狀態(tài)；3接通電加熱器電源，將功率控制在150W，予熱510分鐘后，開動引風機，注意到引風機需在空載或很小的開度下啟動；4調(diào)整引風機，來控制實驗工況的空氣流速，一般空氣風速應從小到大逐漸增加，實驗中，根據(jù)畢托管壓差讀值，可改變 67個風速值，這樣就有 67個實驗工況；將測量的量整齊地記收予先準備好的數(shù)據(jù)記錄表格中。6進行實驗數(shù)據(jù)的計算和整理，將結(jié)果逐項記入數(shù)據(jù)整理表格中。在整理數(shù)據(jù)時，可以用手算程序。7對實驗結(jié)果進行分析和討論。應注意，當所有工況的測量結(jié)束以后，應先切斷電加熱器電源，待10分鐘后，再關(guān)停引風機。六、數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)的整理可按下述步驟進行：1計算風速和風量測量截積的風速 （8） 流量系數(shù)，空氣取0.9988；被測介質(zhì)的膨脹校正系數(shù)，空氣取0.6329；F0孔板喉部斷面面積m2；P孔板前、后取壓斷面的靜壓差，可用gh計算氣體密度，kg/