CN220189128U - 教学用传热综合实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种教学用传热综合实验装置，包括换热器、加热机构、输送泵，换热器包括换热器壳体和换热管，换热管的一端连接通换热器管程进液管，换热管的另一端连接通换热器管程出液管，换热器壳体上连通有换热器壳程进液管和换热器壳程出液管，换热器管程进液管、换热器管程出液管、换热器壳程进液管、换热器壳程出液管上均设置有温度传感器，换热器管程进液管和换热器壳程进液管均设置有流量计；换热管上设置有与换热器管程相连通的第一差压传感器，换热器壳体上设置有与换热器壳程相连通的第二差压传感器。该装置实现了在一套装置上具备教学换热器传热系数的实验计算、流体流动阻力圆形直管阻力的实验计算及环形直管阻力的实验计算。
Description
技术领域
本实用新型涉及教学试验仪器领域，具体的说，涉及了一种教学用传热综合实验装置。
背景技术
化工实验教学包含化工原理实验及化工专业实验，其中化工原理实验中又包含流体流动阻力实验、传热实验、过滤实验、精馏实验和吸收实验等。其中流体流动阻力实验和传热实验为化工原理实验中比较重要的实验内容，但目前市场上实验装置仅具备单独的某一种功能，综合类实验装置种类较少，难以在一套实验装置上同时实现多种类型的实验过程。
授权公告号为CN214410448U的实用新型专利具体公开了一种综合传热实验装置，通过将蒸汽发生器、间壁式换热器的壳程、有相变翅片式换热器的管程依次串联连通并形成回路，风机、间壁式换热器的管程、无相变翅片式换热器的管程依次串联连通并形成回路，有相变翅片式换热器和无相变翅片式换热器的壳程均连通冷却水。间壁式换热器的管程输入端、有相变翅片式换热器和无相变翅片式换热器的壳程输入端均设有流量传感器和温度传感器。该装置虽然能够同时进行间壁式换热器、无相变翅片式换热器和有相变翅片式换热器的换热实验，但并不能进行教学换热器传热系数的计算、流体流动阻力圆形直管阻力的计算及环形直管阻力的计算。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
实用新型内容
为了实现在一套设备上进行换热器传热系数的实验计算、流体流动阻力圆形直管阻力的实验计算及环形直管阻力的实验计算，本实用新型所采用的技术方案是：一种教学用传热综合实验装置，包括换热器、加热机构、输送泵，所述换热器包括换热器壳体和设置在换热器壳体中的换热管，所述换热管的一端连接通换热器管程进液管，所述换热管的另一端连接通换热器管程出液管，所述换热器壳体上连通有换热器壳程进液管和换热器壳程出液管；
所述换热器管程进液管、所述换热器管程出液管、所述加热机构、所述输送泵组成液体循环回路，所述换热器管程进液管、所述换热器管程出液管、所述换热器壳程进液管、所述换热器壳程出液管上均设置有温度传感器，所述换热器管程进液管和所述换热器壳程进液管均设置有流量计；
所述换热管上设置有与换热器管程相连通的第一差压传感器，所述换热器壳体上设置有与换热器壳程相连通的第二差压传感器。
基于上述，为了便于加热，所述加热机构包括储水箱和设置在所述储水箱内的加热器，所述储水箱内设置有温度控制器。
基于上述，为了便于更换储水箱内的液体，所述储水箱底部设置有排污口。
基于上述，为了提高安全性，所述储水箱的一端设置有安全水封。
基于上述，为了提高储水箱内液体加热效率和均匀性，所述输送泵的出口端还通过回水管道与所述储水箱相连通。
基于上述，为了便于控制，所述换热器管程进液管、所述换热器壳程进液管和所述回水管道上均设置有阀门。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型提供的教学用传热综合实验装置，将换热器的换热管通过换热器管程进液管、换热器管程出液管、输送泵与加热器连通，将在换热器壳程上连接换热器壳程进液管、换热器壳程出液管，还分别在上述管道上设置温度传感器和流量计，从而可以利用该装置进行传热器传热系数的教学实验和计算。同时，通过在换热器的换热管的两端加装第一差压传感器，在换热器壳体上加装第二差压传感器，从而可以结合多个温度传感器来教学流体流动阻力圆形直管阻力的计算及环形直管阻力的计算。从而实现了在一套装置上具备教学换热器传热系数的实验计算、流体流动阻力圆形直管阻力的实验计算及环形直管阻力的实验计算，扩展了设备的综合实验功能。
进一步的，通过在加热器的一端设置安全水封，增加了实验过程中的安全性。
附图说明
图1是本实用新型实施例1提供的教学用传热综合实验装置连接关系示意图。
图中：1、加热器；2、储水箱；3、输送泵；4、第一流量计；5、换热器管程进液管；6、第二流量计；7、第三温度传感器；8、换热器；9、换热管；10、第一差压传感器；11、第二差压传感器；12、换热器壳体；13、第四温度传感器；14、第二温度传感器；15、第五温度传感器；16、换热器壳程出液管；17、换热器壳程进液管；18、换热器管程出液管；19、安全水封；20、回水管道。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种教学用传热综合实验装置，如图1所示，包括换热器8、加热机构、输送泵3。所述换热器8包括换热器壳体12和设置在换热器壳体12中的换热管9。所述换热管9的一端连接通换热器管程进液管5，所述换热管的另一端连接通换热器管程出液管18。所述换热器壳体12上连通有换热器壳程进液管17和换热器壳程出液管16。
所述换热器管程进液管5、所述换热器管程出液管18、所述加热机构、所述输送泵3组成液体循环回路。
所述换热器管程进液管5、所述换热器管程出液管18、所述换热器壳程进液管17、所述换热器壳程出液管16上均设置有温度传感器。具体地，为了便于区分，所述换热器管程进液管5上的温度传感器记为第二温度传感器14，图中TI02。所述换热器管程出液管18上的温度传感器记为第三温度传感器7，图中TI03。所述换热器壳程进液管17上的温度传感器记为第五温度传感器15，图中TI05。所述换热器壳程出液管16上的温度传感器记为第五温度传感器14，图中TI06。
所述换热器管程进液管5和所述换热器壳程进液17管均设置有流量计。为了便于区分，所述换热器管程进液管5设置有第一流量计4。所述换热器壳程进液17管均设置有第二流量计6。
所述换热管9上设置有与换热器管程相连通的第一差压传感器10，所述换热器壳体12上设置有与换热器壳程相连通的第二差压传感器11。
其中，本实施例中，为了便于加热，所述加热机构包括储水箱2和设置在所述储水箱2内的加热器1。所述储水箱2内设置有温度控制器。
为了便于更换储水箱2内的液体，所述储水箱2底部设置有排污口。为了便于控制，所述换热器管程进液管5、所述换热器壳程进液管17上均设置有阀门。为了提高安全性，所述储水箱2的一端设置有安全水封19。为了提高储水箱2内液体加热效率和均匀性，所述输送泵3的出口端还通过回水管道20与所述储水箱2相连通。所述回水管道20上设置有阀门。
具体的，利用本实用新型提供一种教学用传热综合实验装置具体教学实验步骤和计算过程如下所示：
其中，实验前分别记录温度传感器TI02、TI03、TI04、TI05的读数；记录第一差压传感器和第二差压传感器的读数。
1、圆形管道流体阻力系数测定：
首先计算管内流体流动雷诺数，公式如下：
式中：q、d、ρ、μ分别代表管内流量[m3/h]、管内径[m]、流体在测量温度下的密度和粘度[kg/m3]、[Pa·s]，其中测量温度均按管内定性温度即(TI02+TI03)/2求出。
当雷诺数Re≥2000时，圆形管道流体阻力系数测定可用以下公式：
式中：l代表沿直管两测压点a、b间的距离单位m，λ代表直管摩擦系数，无因次，Δp代表第一差压传感器读数，单位[Pa]，u代表断面平均流速，d、ρ分别代表管内径[m]、流体在测量温度下的密度[kg/m3]。
当雷诺数Re≤2000时，流体在圆形直管内作层流流动，此时圆形管道流体阻力系数测定可用以下公式计算：
2、环形管流体阻力系数测定：
首先计算环形管内流体流动雷诺数，公式如下：
式中：q、de、ρ、μ分别代表管内流量q2[m3/h]、环形管道当量直径[m]、流体在测量温度下的密度和粘度[kg/m3]、[Pa·s]，其中测量温度均按管内定性温度即(TI04+TI05)/2求出。
当量直径de计算方法：de＝d1-d2，式中：d1、d2分别为外环内径(即换热管外径)和内环外径(即壳程管内径)。
而环形管道流体阻力系数测定可按圆形管道流体阻力系数测定公式近似估算，但需要用当量直径de代替圆管直径d，用第二差压传感器的读数代替第一压差传感器的读数。
3、管内对流传热系数计算：
管内对流传热系数测定：
其中/>上式中的物性数据λ、Cp、μ分别代表流体导热系数、定压比热、粘度，均按管内定性温度即(TI02+TI03)/2求出。
4、总传热系数计算：
式中：A代表管外表面积A＝d0πL[m2]，d0内传热管外径；Q代表总传热量，Q＝Cp(TI02-TI03)qv；qv代表(流体体积流量)，Δtm代表平均温度差。
其中ΔtA＝TI04-TI02；ΔtB＝TI05-TI03。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种教学用传热综合实验装置，包括换热器、加热机构、输送泵，所述换热器包括换热器壳体和设置在换热器壳体中的换热管，所述换热管的一端连接通换热器管程进液管，所述换热管的另一端连接通换热器管程出液管，所述换热器壳体上连通有换热器壳程进液管和换热器壳程出液管，其特征在于：
所述换热器管程进液管、所述换热器管程出液管、所述加热机构、所述输送泵组成液体循环回路，所述换热器管程进液管、所述换热器管程出液管、所述换热器壳程进液管、所述换热器壳程出液管上均设置有温度传感器，所述换热器管程进液管和所述换热器壳程进液管均设置有流量计；
所述换热管上设置有与换热器管程相连通的第一差压传感器，所述换热器壳体上设置有与换热器壳程相连通的第二差压传感器。
2.根据权利要求1所述的教学用传热综合实验装置，其特征在于：所述加热机构包括储水箱和设置在所述储水箱内的加热器，所述储水箱内设置有温度控制器。
3.根据权利要求2所述的教学用传热综合实验装置，其特征在于：所述储水箱底部设置有排污口。
4.根据权利要求2或3所述的教学用传热综合实验装置，其特征在于：所述储水箱的一端设置有安全水封。
5.根据权利要求2或3所述的教学用传热综合实验装置，其特征在于：所述输送泵的出口端还通过回水管道与所述储水箱相连通。
6.根据权利要求5所述的教学用传热综合实验装置，其特征在于：所述换热器管程进液管、所述换热器壳程进液管和所述回水管道上均设置有阀门。
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