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热交换器是能量系统中无处不在的部件。一些常见的例子是汽车散热器和冰箱蒸发器。在这两种情况下, 换热器是促进热量的转移, 从一个流体流到另一个。从这些例子, 很明显, 换热器是重要的各种系统; 主要提供热力学周期的热管理或转换。了解如何建模和率换热器是重要的优化设计和集成的大型系统换热器。本视频将阐述换热器设计和分析的一些原理, 并在简单管管内换热器设计中说明这些概念。最后, 将探讨一些常见的应用。

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设计良好的换热器应能促进两个流体流之间的高效、连续的传热, 而不允许它们混合。当两个流体进入一个热交换器, 它们被带入一个物理屏障的紧密的热接触。热交换是由当地的温度差异驱动的流体进展, 直到流体到达出口。结果是, 进入换热器的两个流体的热会随着温度的降低而退出, 而两个液体的温度升高则更冷。在稳定运行过程中, 热流体的传热速率由流体的质量流速和比热决定, 乘以入口与出口之间的温差。当使用相应的值时, 同样的公式适用于冷液。如果对周围的热泄漏是微不足道的, 两个转移率的大小将是相等的。这意味着热流体所失去的任何热量, 都是由冷流体获得的。以瓦特为单位的总电导率, 是衡量换热器传热能力的一个指标。让我们来分析一个特定的几何形状, 称为计数器流管管式换热器。在这个设计中, 热流体在一个方向的直管段内流动。冷流体在相反方向流动, 在热管和第二外管之间的环形。这一几何中两个流之间的平均温差驱动传热, 是对数平均温差, 可以从两个流的输入和输出温度计算。利用该模型对换热器进行了操作, 可以回答两种不同类型的换热器分析问题。评级和设计。如果已知传热速率和对数平均温度差, 例如通过实验测量, 则可以根据两者的比值来计算总电导率。然而, 对于设计的目的, 从换热器的几何特性和材料性能来预测总电导率是有用的。这可以通过找到两个流之间的热电阻的总和来完成。对于管管内几何, 这些阻力是由: 热流体管内的对流, 通过内管壁传导, 在冷流体环中再次对流来确定。这一总和的逆给出管管内逆流换热器的总电导率。现在, 我们已经看到了如何分析换热器, 让 \ 在实验室的测试之一。

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在工作表面的两边贴上两个塑料容器, 作为冷热水的储水池。如有必要, 在入口和出口水管的盖子上钻孔, 以及泵的电源线。当你完成后, 在每个蓄水池安装一个小型潜水泵。接下来, 在每个蓄水池附近安装一个水流量计或流量计, 然后用软聚氯乙烯油管将水泵出口连接到流量计入口。现在, 在换热器的外冷水管上安装两个压缩管三通接头。将一根挠性 PVC 管从附近三通接头的侧口连接到热流量计的出口处。对于热逆流管, 将一节铝管的长度与热交换器相等, 包括末端的三通接头, 并将其插入组件中。接下来, 连接一个软塑料管, 从压缩配件的另一端的换热器总成, 到热水水库。拧紧压缩配件, 以密封在铝管周围的软塑料油管。这将通过内部的铝管, 从外部的冷流中分离出热流。将挠性 PVC 管从一侧三通接头上连接到冷流量计出口, 然后将第二管连接到其他三通管件的侧面口, 返回冷水储水池。在继续之前, 确认热和冷的入口, 对热交换器, 是在相反末端。在热交换器的每个入口和出口口附近的软塑料管的一侧钻一个小孔。轻轻地将热电偶探头插入每个端口, 使探针尖端近似位于管的中心。最后, 使用环氧树脂, 或类似的粘合剂, 以密封的小间隙在管周围的热电偶探头, 以防止漏水。当环氧树脂固化时, 将所有四热电偶探头连接到热电偶读卡器上。现在, 程序集已完成, 您就可以开始测试了。

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用常温自来水灌满冷库, 用温水将热储层填满。打开两个水泵, 调整流量表上的针阀, 以增加两个回路的流量。允许水循环足够长的时间来冲洗掉任何被捕获的气泡。一旦空气气泡被删除, 调整在两个循环的流量, 以约0.1 升每分钟。等待几分钟, 使系统稳定, 然后记录四热电偶读数报告的入口和出口温度。您的热电偶读取器可能有一个保持函数, 在您录制时冻结当前值。在这些流动条件下记录五多套读数。重复这些测量的流速约0.125 升每分钟, 0.15 升每分钟。如果冷热输入之间的温差降至摄氏5度以下, 则用新鲜的热水和冷水将储水池填满。现在, 测量已经完成, 让我们来看看结果。

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你应该有18组数据, 并为每个设置一个测量的体积流量。注意对于这些测试, 相同的流速, V 点, 是用于热和冷流。首先, 利用水的密度将体积流量的每个值转换成质量流量。现在, 通过乘以质量流量、水的比热和各自的温度差, 计算出各组冷热流的能量变化率。在 "原则" 一节中, 我们假定这些比率的幅度是相等的。传播不确定性, 以便您可以比较它们。在大多数情况下, 热传导率与不确定的范围相匹配;然而, 随着流速的降低, 有一个趋势, 以增加热损失从热液, 与热获得的冷液。这可能是热损失对周围环境的结果;但由于影响较小, 平均传热率可用于其余的分析。接下来, 我们来评估热交换器的总电导率, 它可以由实测的传热速率和对数平均温度差来确定。总电导率取决于材料的热导率、流动条件和换热器的几何形状。我们预计, 这一值不会有明显的变化, 流速为低速层流流考虑到这里。使用测量的温度与文本中给出的公式来计算对数平均温度差。现在, 将平均能量变化率除以每组对数平均值的温度差, 以产生总电导。正如我们所预料的那样, 在测试的条件范围内, 总电导率相对恒定, 就像数据集的小标准偏差所证明的那样。这一结果, 但是, 高于理论价值预测的稳定充分发展的层流。如果我们假设两个通道的入口都有发展流, 并且使用适当的校正因子, 理论预测将比我们的测量结果要高。在实际中, 在到达换热器入口之前, 内部通道内的流量会部分地发展, 这可能解释了总电导的中间值。现在, 我们已经分析了我们的简单热交换器的结果, 让我们看看一些典型的应用。

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当两个流体流之间需要促进传热时, 热交换器被广泛应用于各种场合。在许多发电厂中, 蒸汽发生器热交换器从高温气体中转移热量, 产生高压蒸汽来驱动涡轮机。从这些涡轮机的下游流, 冷凝器换热器拒绝从低压蒸汽的热量, 液化流体和允许循环运行连续。在冰箱和空调系统中, 蒸发器热交换器从空调空间吸收热能, 以维持所需的温度。

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你刚刚看了朱庇特介绍热交换器分析你应该了解热交换器的基本原理, 以及如何在实验和理论上分析它们的性能。谢谢收看