板式换热器水-水换热实验数据处理方法

1、原始数据及物性参数

通过以上实验步骤的测试，可获得以下原始数据：

4，热流体进出口温度，P；

t'₂, ￡一冷流体进出口温度，°c；

q_m2■-热、冷流体质量流量，kg/h；

A一板片的换热面积，m²；

面，冗一热流体进出口压强，kpa；

P；, ?；_冷流体进出口压强，kpa；

由冷、热流体的进出口温度可计算各自的平均温度:

热流体平均温度：4=啰；

冷流体平均温度：弓=冷；

2

由冷、热流体的平均温度査其物性表可得到冷、热流体的物性参数。

2、传热平均温差的计算

获得以上数据后，可根据对数温差的计算公式计算冷、热流体通过板

片传热的平均传热温差：

4、传热系数计算

由前面的计算结果根据下式可得到冷热流体通过板片的传热系数K：

K = Q/{AM_m） （2-6）

5、换热性能实验关联式归纳和对流换热系数计算

通过上面的数据处理可以得到各个实验工况下的传热系数K,已经能 够了解人字形板式换热器的整体传热性能，但在换热器的传热性能试验 中，不仅仅在于获得传热系数K。为了更详尽地了解流体和固体壁面之间 的对流换热规律受到哪些因素的影响，更重要的是获得换热表面单侧流体 对换热表面的对流换热系数及其准则方程式，对于人字形板式换热器实验 而言，直接测量换热板片温度比较困难，这就需要从测试出的传热系数K 中将对流换热系数％、％分离出来。本文应用等质量流量法测定板式换热 器的对流换热系数mi。推导过程具体如下：

在人字形板式换热器中，板片两侧流通通道几何结构相同，因此如果 冷、热流体流动的雷诺数范围相同，则冷、热流体侧的换热特性可用相似 的准则方程式描述〔39】：

Nu = C/?e°P/v°³⁽⁰⁴⁾(—)°¹⁴

Aw

式中：努谢尔特数皿=号、雷诺数处=牛、0为普朗特数、旳、

0W分别为流体在平均温度和在壁面温度下的动力粘度；

。一对流换热系数；

4一流动通道的当量直径；

“一冷、热流体在流动通道中的流速；

人一流体的导热系数；

卩一流体的运动粘度；

C、〃一待定常数。

用下标1、2分别表示热流体和冷流体，基于上述准则方程的对流换热 系数表达式分别为：

a₂=C(^-)^m Pr°⁴

初2 〃W2

式中：细为质量流量，kg/s；阳为人字形板片的宽度，m_o

令：

句="(4)。14

Awi

将式（2-8）、（2-9）代入人字形板式换热器的传热热阻方程（2-12）, 在该试验中，由于釆用的板片为未使用过的清洁板片，实验温度不是太高, 板片不易结垢，没有考虑板片两侧的污垢热阻。

115 1

—= 1 1 
k a,人a₂

上式中5、兀分别为金属板片的厚度和导热系数。

如果在实验时保证细1=细2=%＞，（2-12）式可整理成在金属壁温与介质具有中等以下温度差(对水为2(rc〜3(rc)的场合， 修正不均匀物性场对换热影响的修正项(生)皿可以不用考虑。 

板片材料是厚度为0.5mm的不锈钢，导热热阻g很小，可以忽略不 计。通过测试一系列的工况点，可得到一系列的数据，通过线性回归可得 到C和s的值，即得到人字形板式换热器换热准则方程，进而可通过式 (2-8). (2-9)分别计算出冷、热流体的对流换热系数%和％。

上面的讨论考虑了在金属壁温与介质温度差较大的情况下，不均匀物 性场对换热的影响，因此修正项(^)⁰¹⁴必须要加入到换热准则方程中，这 时须将壁温试算及回归C和m同时进行，最终得出含不均匀物性场修正项 的准则方程式。

修正对测试结果影响不大，但因不用进行壁温计算而可以省去很多计 算工作量。在水-水换热实验过程中，金属壁温与水温度差处于中等以下， 故实验结果处理中，没有考虑不均匀物性场对换热的影响，但在水-油换 热时计入了油粘度变化的影响。

6、阻力性能数据处理及实验关联式归纳方法

流体在流动中所遇到的阻力通常为摩擦阻力和局部阻力，人字形板式 换热器阻力实验的侧重点是获得板片内部的流动阻力性能。

从实验记录可获得以下原始数据：

以、#一热流体进出口压力，Pa；

旗、，；一冷流体进出口压力，Pa；

、82―热、冷流体的压差，Pa；

4P1 =Px-Px~Pgh (2-14)

^P2=P2-P2⁺PS^h (2-15)

应用研究和设计计算中通常用消除通道当量直径和长度影响后的范宁

摩擦系数代替欧拉数来描述流体通道的阻力性能: