CN110189593A - 一种精确的传热综合实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其涉及一种精确的传热综合实验装置，包括热介质储箱、冷介质储箱、以及串联或并联设置的第一换热器和第二换热器，第一换热器和第二换热器的热介质入口管路上均设置有第一阀门、第一流量传感元件和第一温度传感器，其热介质出口管路上均设置有第二温度传感器和第二阀门，第一换热器和第二换热器的冷介质入口管路上均设置有第三阀门、第二流量传感元件和第三温度传感器，其冷介质出口管路上均设置有第四温度传感器和第四阀门；热介质储箱的出口管路和入口管路分别与第一换热器和第二换热器的热介质入口管路和热介质出口管路连通，冷介质储箱的出口管路和入口管路分别与第一换热器和第二换热器的冷介质入口管路和冷介质出口管路连通。

Description

一种精确的传热综合实验装置
技术领域
本发明属于教学实验设备技术领域，尤其涉及一种精确的传热综合实验装置。
背景技术
“三传一反”是化学工程领域的理论基础，概括了化工生产过程的全部特征。“三传”中重要的“一传”便是传热，即热量从高温度区向低温度区传递的过程称为热量传递。传热实验是各大高校必须开设的一项专业实验课程，以使学生更好的理解传热过程。然而，现有传热教学实验装置存在热量损失大、测量数据不充分，介质难以在两并联换热器内均匀分配，因而不能准确展示换热器串、并联规律的问题，亟需改进。
发明内容
为解决现有技术存在的传热教学实验装置热量损失大、测量数据不充分，以及介质难以在两并联换热器内均匀分配的问题，本发明提供一种精确的传热综合实验装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种精确的传热综合实验装置，包括热介质储箱、冷介质储箱、第一换热器和第二换热器，所述第一换热器和第二换热器串联或者并联，所述第一换热器和第二换热器的热介质入口管路上均设置有第一阀门、第一流量传感元件和第一温度传感器，所述第一换热器和第二换热器的热介质出口管路上均设置有第二温度传感器和第二阀门，所述第一换热器和第二换热器的冷介质入口管路上均设置有第三阀门、第二流量传感元件和第三温度传感器，所述第一换热器和第二换热器的冷介质出口管路上均设置有第四温度传感器和第四阀门；
所述第一换热器和第二换热器的热介质入口管路均与热介质储箱的出口管路连通，所述第一换热器和第二换热器的热介质出口管路均与热介质储箱的入口管路连通；所述第一换热器和第二换热器的冷介质入口管路均与冷介质储箱的出口管路连通，所述第一换热器和第二换热器的冷介质出口管路均与冷介质储箱的入口管路连通；所述热介质储箱和冷介质储箱的出口管路上均设置有水泵、第五阀门、流量计和第五温度传感器，所述热介质储箱和冷介质储箱的入口管路上均设置有第六温度传感器；
当所述第一换热器和第二换热器串联时，第一换热器的热介质出口管路分为两个热介质支路，第一个所述热介质支路通过所述第二阀门与热介质储箱连通，第二个所述热介质支路通过第六阀门与第二换热器的热介质入口管路连通，第二换热器的冷介质出口管路分为两个冷介质支路，第一个所述冷介质支路通过所述第四阀门与冷介质储箱连通，第二个所述冷介质支路通过第七阀门与第一换热器的冷介质入口管路连通。
作为优选，所述第一换热器及第二换热器的壳程外表面均覆盖保温层。有效较少热量损失。
作为优选，所述热介质走第一换热器和第二换热器的管程，所述冷介质走第一换热器和第二换热器的壳程。进一步减少热量损失。
作为优选，所述第一换热器和第二换热器均水平设置，且所述第一换热器和第二换热器位于同一高度。以保证冷、热介质在第一换热器和第二换热器内流动阻力相当，冷、热介质在第一换热器和第二换热器中流量分布均匀，提高该实验装置的测试精度。
作为优选，所述热介质储箱内设置有电加热器。便于加热热介质储箱内的液体介质。
进一步地，所述热介质储箱和冷介质储箱上均设置有供水管和排水管，所述供水管上设置有第八阀门，所述排水管上设置有第九阀门。便于向热介质储箱和冷介质储箱内注入液体介质，以及便于该实验装置反应后液体介质的排出，便于操作该实验装置。
进一步地，所述热介质储箱和冷介质储箱上均设置有第七温度传感器。便于实时监测热介质储箱和冷介质储箱内液体的温度，提高该实验装置的测试精度。
有益效果：本发明的精确的传热综合实验装置，因设置了各流量传感元件，可以测到更准确的流量数据，能更准确的计算串并联情况下的传热系数；本发明的精确的传热综合实验装置，因设置了各温度传感器、流量传感元件和流量计，传热实验测量数据更加充分，实验数据测量更加准确，且容易获得；本发明的精确的传热综合实验装置，因设置各阀门，以及第一换热器和第二换热器均水平设置，且位于同一高度，有效保证介质在两个换热器内均匀分配；本发明的精确的传热综合实验装置，可以用于对管壳式换热器、螺旋板式换热器、蛇管式换热器、板式换热器、套管式换热器等各类换热器进行传热性能实验，可进行单个换热器、两换热器串联及并联的传热系数的测定，该实验装置适用范围广泛，测得数据充分；本发明的精确的传热综合实验装置，设计合理、散热损失少、节能、采集数据充分、能准确反映换热器串并联规律。
附图说明
图1是本发明精确的传热综合实验装置的原理示意图；
图2是本发明精确的传热综合实验装置的并联时原理示意图；
图中：虚线的管路表示热介质(热水)流路，实线的管路表示冷介质(冷水)流路；
图中：11-1、第一子阀门，11-2、第二子阀门，12-1、第三子阀门，12-2、第四子阀门，13-1、第五子阀门，13-2、第六子阀门，14-1、第七子阀门，14-2、第八子阀门，15、第五阀门，16、第六阀门，17、第七阀门，18、第八阀门，19、第九阀门；21、第一温度传感器，22、第二温度传感器，23、第三温度传感器，24、第四温度传感器，25、第五温度传感器，26、第六温度传感器，27、第七温度传感器；31、流量计；41、第一流量传感元件，42、第二流量传感元件；51、热介质储箱、511、供水管，512、排水管，513、电加热器，52、水泵；61、冷介质储箱；71、第一换热器，72、第二换热器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种精确的传热综合实验装置，包括热介质储箱51、冷介质储箱61、第一换热器71和第二换热器72，所述第一换热器71和第二换热器72串联，为了冷、热介质在第一换热器71和第二换热器72中流量分布均匀，所述第一换热器71和第二换热器72均水平设置，且所述第一换热器71和第二换热器72位于同一高度，所述第一换热器71和第二换热器72的热介质入口管路上均设置有第一阀门、第一流量传感元件41和第一温度传感器21，其中设置在第一换热器71的热介质入口管路上的第一阀门为第一子阀门11-1，设置在第二换热器72的热介质入口管路上的第一阀门为第二子阀门11-2，所述第一换热器71和第二换热器72的热介质出口管路上均设置有第二温度传感器22和第二阀门，其中设置在第一换热器71的热介质出口管路上的第二阀门为第三子阀门12-1，设置在第二换热器72的热介质出口管路上的第二阀门为第四子阀门12-2，所述第一换热器71和第二换热器72的冷介质入口管路上均设置有第三阀门、第二流量传感元件42和第三温度传感器23，其中设置在第一换热器71的冷介质入口管路上的第三阀门为第五子阀门13-1，设置在第二换热器72的冷介质入口管路上的第三阀门为第六子阀门13-2，所述第一换热器71和第二换热器72的冷介质出口管路上均设置有第四温度传感器24和第四阀门，其中设置在第一换热器71的冷介质出口管路上的第四阀门为第七子阀门14-1，设置在第二换热器72的冷介质出口管路上的第四阀门为第八子阀门14-2；
所述第一换热器71和第二换热器72的热介质入口管路均与热介质储箱51的出口管路连通，所述第一换热器71和第二换热器72的热介质出口管路均与热介质储箱51的入口管路连通；所述第一换热器71和第二换热器72的冷介质入口管路均与冷介质储箱61的出口管路连通，所述第一换热器71和第二换热器72的冷介质出口管路均与冷介质储箱61的入口管路连通；所述热介质储箱51和冷介质储箱61的出口管路上均设置有水泵52、第五阀门15、流量计31和第五温度传感器25，所述热介质储箱51和冷介质储箱61的入口管路上均设置有第六温度传感器26；所述热介质储箱51内设置有电加热器513；所述热介质储箱51和冷介质储箱61上均设置有供水管511和排水管512，所述供水管511上设置有第八阀门18，所述排水管512上设置有第九阀门19；所述热介质储箱51和冷介质储箱61上均设置有第七温度传感器27；
第一换热器71的热介质出口管路分为两个热介质支路，第一个所述热介质支路通过所述第二阀门与热介质储箱51连通，第二个所述热介质支路通过第六阀门16与第二换热器72的热介质入口管路连通，第二换热器72的冷介质出口管路分为两个冷介质支路，第一个所述冷介质支路通过所述第四阀门与冷介质储箱61连通，第二个所述冷介质支路通过第七阀门17与第一换热器71的冷介质入口管路连通。
为了减少热量损失，所述第一换热器71及第二换热器72的壳程外表面均覆盖保温层。所述热介质走第一换热器71和第二换热器72的管程，所述冷介质走第一换热器71和第二换热器72的壳程。
如图1所示，工作原理如下：
(1)单个换热器传热系数的测量，步骤如下：
①实验前第一阀门至第九阀门19均为关闭状态；
②打开热介质储箱51的第八阀门18，通过其供水管511向热介质储箱51内注入其2/3容积的自来水，再关闭热介质储箱51的第八阀门18，开启电加热器513，加热热介质储箱51内水至60℃；
③打开冷介质储箱61的第八阀门18，通过其供水管511向冷介质储箱61内注入其2/3容积的自来水，再关闭冷介质储箱61的第八阀门18；
④打开第一子阀门11-1、第三子阀门12-1、第五子阀门13-1和第七子阀门14-1；
⑤热水温度恒定后，启动与热介质储箱51连接的水泵52，再打开与热介质储箱51连接的第五阀门15，输送热水至第一换热器71，调节与热介质储箱51连接的流量计31至一定数值(可取250L/h)；
⑥待热水循环一段时间后，启动与冷介质储箱61连接的水泵52，打开与冷介质储箱61连接的第五阀门15，输送冷水至第一换热器71，调节与冷介质储箱61连接的流量计31至一定数值(可取100L/h)；
⑦通过第一换热器71的第一温度传感器21、第二温度传感器22、第三温度传感器23和第四温度传感器24，可观察第一换热器71中介质入出口温度的变化；通过与热介质储箱51连接的流量计31观察热水的流量变化，通过与冷介质储箱61连接的流量计31观察冷水的流量变化；待冷水、热水的流量及温度稳定后，读取并记录冷水、热水的流量及第一换热器71的入出口温度；
⑧维持热介质流量不变，通过与冷介质储箱61连接的流量计31调节冷水流量，测定相应数据；
⑨实验完毕，关闭上述打开的阀门，关闭上述开启的水泵52；再打开热介质储箱51和冷介质储箱61的第九阀门19将水排出后，关闭第九阀门19。
(2)第一换热器71与第二换热器72串联时传热系数的测量，步骤如下：
①实验前第一阀门至第九阀门19均为关闭状态；
②打开热介质储箱51的第八阀门18，通过其供水管511向热介质储箱51内注入其2/3容积的自来水，再关闭热介质储箱51的第八阀门18，开启电加热器513，加热热介质储箱51内水至60℃；
③打开冷介质储箱61的第八阀门18，通过其供水管511向冷介质储箱61内注入其2/3容积的自来水，再关闭冷介质储箱61的第八阀门18；
④打开第一子阀门11-1、第六阀门16、第四子阀门12-2、第六子阀门13-2、第七阀门17和第七子阀门14-1；
⑤热水温度恒定后，启动与热介质储箱51连接的水泵52，再打开与热介质储箱51连接的第五阀门15，输送热水至第一换热器71，调节与热介质储箱51连接的流量计31至一定数值(可取250L/h)；
⑥待热水循环一段时间后，启动与冷介质储箱61连接的水泵52，打开与冷介质储箱61连接的第五阀门15，输送冷水至第二换热器72，调节与冷介质储箱61连接的流量计31至一定数值(可取100L/h)；
⑦通过第一换热器71的第一温度传感器21、第二温度传感器22、第三温度传感器23和第四温度传感器24，可观察第一换热器71中介质入出口温度的变化；通过第二换热器72的第一温度传感器21、第二温度传感器22、第三温度传感器23和第四温度传感器24，可观察第二换热器72中介质入出口温度的变化；通过与热介质储箱51连接的流量计31观察热水的流量变化，通过与冷介质储箱61连接的流量计31观察冷水的流量变化；待冷水、热水的流量及温度稳定后，读取并记录冷水、热水的流量及入出口温度；
⑧维持热介质流量不变，通过与冷介质储箱61连接的流量计31调节冷水流量，测定相应数据；
⑨实验完毕，关闭与热介质储箱51连接的第五阀门15，关闭与热介质储箱51连接的水泵52；让冷介质继续流动，冷却一段时间后，关闭与冷介质储箱61连接的第五阀门15，关闭与冷介质储箱61连接的水泵52；再关闭第一子阀门11-1、第六阀门16、第四子阀门12-2、第六子阀门13-2、第七阀门17和第七子阀门14-1；再打开热介质储箱51和冷介质储箱61的第九阀门19将水排出后，关闭第九阀门19。
实施例2
如图2所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，所述第一换热器71和第二换热器72并联，第一换热器71的热介质出口管路为一条管路，第二换热器72的冷介质出口管路为一条管路。
如图2所示，工作原理如下：
(3)第一换热器71与第二换热器72并联时传热系数的测量，步骤如下：
①实验前第一阀门至第九阀门19均为关闭状态；
②打开热介质储箱51的第八阀门18，通过其供水管511向热介质储箱51内注入其2/3容积的自来水，再关闭热介质储箱51的第八阀门18，开启电加热器513，加热热介质储箱51内水至60℃；
③打开冷介质储箱61的第八阀门18，通过其供水管511向冷介质储箱61内注入其2/3容积的自来水，再关闭冷介质储箱61的第八阀门18；
④打开第一子阀门11-1、第二子阀门11-2、第三子阀门12-1、第四子阀门12-2、第五子阀门13-1、第六子阀门13-2、第七子阀门14-1和第八子阀门14-2；
⑤热水温度恒定后，启动与热介质储箱51连接的水泵52，再打开与热介质储箱51连接的第五阀门15，输送热水至第一换热器71，调节与热介质储箱51连接的流量计31至一定数值(可取250L/h)；
⑥待热水循环一段时间后，启动与冷介质储箱61连接的水泵52，打开与冷介质储箱61连接的第五阀门15，输送冷水至第二换热器72，调节与冷介质储箱61连接的流量计31至一定数值(可取100L/h)；
⑦通过调节第一子阀门11-1和第二子阀门11-2的开度，以及调节第五子阀门13-1和第六子阀门13-2的开度，可调节进入第一换热器71与第二换热器72的介质流量相等或成一定比例；通过第一换热器71的第一温度传感器21、第二温度传感器22、第三温度传感器23和第四温度传感器24，可观察第一换热器71中介质入出口温度的变化；通过第二换热器72的第一温度传感器21、第二温度传感器22、第三温度传感器23和第四温度传感器24，可观察第二换热器72中介质入出口温度的变化；通过第五温度传感器25可观察热介质储箱51和冷介质储箱61的出口管路上热、冷介质的温度；通过第六温度传感器26可观察热介质储箱51和冷介质储箱61的入口管路上热、冷介质的温度；通过与热介质储箱51连接的流量计31观察热水的流量变化，通过与冷介质储箱61连接的流量计31观察冷水的流量变化；待冷水、热水的流量及温度稳定后，读取并记录冷水、热水的流量及入出口温度；
⑧维持热介质流量不变，通过与冷介质储箱61连接的流量计31调节冷水流量，测定相应数据；
⑨实验完毕，关闭与热介质储箱51连接的第五阀门15，关闭与热介质储箱51连接的水泵52；让冷介质继续流动，冷却一段时间后，关闭与冷介质储箱61连接的第五阀门15，关闭与冷介质储箱61连接的水泵52；再关闭第一子阀门11-1、第二子阀门11-2、第三子阀门12-1、第四子阀门12-2、第五子阀门13-1、第六子阀门13-2、第七子阀门14-1和第八子阀门14-2；再打开热介质储箱51和冷介质储箱61的第九阀门19将水排出后，关闭第九阀门19。

Claims (7)

1.一种精确的传热综合实验装置，其特征在于：包括热介质储箱(51)、冷介质储箱(61)、第一换热器(71)和第二换热器(72)，所述第一换热器(71)和第二换热器(72)串联或者并联，所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的热介质入口管路上均设置有第一阀门、第一流量传感元件(41)和第一温度传感器(21)，所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的热介质出口管路上均设置有第二温度传感器(22)和第二阀门，所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的冷介质入口管路上均设置有第三阀门、第二流量传感元件(42)和第三温度传感器(23)，所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的冷介质出口管路上均设置有第四温度传感器(24)和第四阀门；
所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的热介质入口管路均与热介质储箱(51)的出口管路连通，所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的热介质出口管路均与热介质储箱(51)的入口管路连通；所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的冷介质入口管路均与冷介质储箱(61)的出口管路连通，所述第一换热器(71)和第二换热器(72)的冷介质出口管路均与冷介质储箱(61)的入口管路连通；所述热介质储箱(51)和冷介质储箱(61)的出口管路上均设置有水泵(52)、第五阀门(15)、流量计(31)和第五温度传感器(25)，所述热介质储箱(51)和冷介质储箱(61)的入口管路上均设置有第六温度传感器(26)；
当所述第一换热器(71)和第二换热器(72)串联时，第一换热器(71)的热介质出口管路分为两个热介质支路，第一个所述热介质支路通过所述第二阀门与热介质储箱(51)连通，第二个所述热介质支路通过第六阀门(16)与第二换热器(72)的热介质入口管路连通，第二换热器(72)的冷介质出口管路分为两个冷介质支路，第一个所述冷介质支路通过所述第四阀门与冷介质储箱(61)连通，第二个所述冷介质支路通过第七阀门(17)与第一换热器(71)的冷介质入口管路连通。
2.根据权利要求1所述的精确的传热综合实验装置，其特征在于：所述第一换热器(71)及第二换热器(72)的壳程外表面均覆盖保温层。
3.根据权利要求1或2所述的精确的传热综合实验装置，其特征在于：所述热介质走第一换热器(71)和第二换热器(72)的管程，所述冷介质走第一换热器(71)和第二换热器(72)的壳程。
4.根据权利要求1所述的精确的传热综合实验装置，其特征在于：所述第一换热器(71)和第二换热器(72)均水平设置，且所述第一换热器(71)和第二换热器(72)位于同一高度。
5.根据权利要求1或4所述的精确的传热综合实验装置，其特征在于：所述热介质储箱(51)内设置有电加热器(513)。
6.根据权利要求5所述的精确的传热综合实验装置，其特征在于：所述热介质储箱(51)和冷介质储箱(61)上均设置有供水管(511)和排水管(512)，所述供水管(511)上设置有第八阀门(18)，所述排水管(512)上设置有第九阀门(19)。
7.根据权利要求1所述的精确的传热综合实验装置，其特征在于：所述热介质储箱(51)和冷介质储箱(61)上均设置有第七温度传感器(27)。
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