北理珠制冷原理设备实验指导书.docx

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北理珠制冷原理设备实验指导书

北京理工大学珠海学院

制冷原理设备

实

验

指

导

书

热能与动力工程教研室

2015.5

目录

实验一表面式换热器性能测试

实验二翅片管式换热器性能测试

实验三直流调速家用中央热泵式空调机组的拆装实验

（一）、表面式换热器性能测试

通常表面式换热器可分为表面式冷却器和空气加热器两大类。

表面式冷却器一般以冷水或者制冷剂作为冷媒，可实现对空气的等湿冷却、减湿冷却等处理过程。

空气加热器一般以热水或者蒸汽作为热媒，可实现对空气的等湿加热的处理过程。

一、实验目的

通过本实验熟悉和掌握空气加热器（简称加热器）性能（换热量）的测定方法。

二、实验装置及仪器

图一、实验装置示意图

1.循环水泵2.转子流量计3.过冷器4.表冷器5.实验台支架6.吸入段7.整流栅8.加热前空气温度9.表冷器前静压10.U形差压计11.表冷器后静压12.加热后空气温度13.流量测试段14孔板17.风机18.倾斜管压力计19.控制测试仪表盘20.水箱

换热器为表冷器，表冷器几何尺寸如下表：

铝翅片尺寸

（mm）

片 距（mm）

基管直径

dw/dn（mm）

迎风面积

Fy（m2）

散热面积

F（m2）

最窄通风面积

f（m2）

热水流通面积

fˊ（m2）

200

43

2.0

10/8

0.04

0.885

0.026

0.00001256

2．水箱电加热器总功率为4.5kW，分三档控制，三档功率分别为1.5kW。

3．空气温度和热水温度用K型热电偶测量。

4．空气流量用孔板配倾斜式微压计测量。

5．空气通过换热器的流通阻力，在换热器前后的风管上设静压测嘴，配倾斜式微压计测量；热水通过换热器的流通阻力，在换热器进出口处设测阻力测嘴，配压力表和U型管测量。

6．热水流量用转子流量计测量。

三、实验方法

1．联接电源（380V，四线，50HZ，5kW）。

2．向电热水箱内注水至水箱净高5/6处。

3．用耐压胶管连接换热器进出口处的阻力测嘴和差压计的管口。

4．连接倾斜式微压计及其相应的接口。

5．工况调节

1）全开水箱电加热器开关，待水温接近试验温度时，打开水泵开关，利用水泵出口阀门调节热水流量。

2）视换热器情况，调节水箱电加热器功率（改变加热器投入，并利用调压器改变第三组加热器工作电压），使热水温度稳定于试验工况附近。

[注]停机注意事项：

（1）先关闭全部电热器开关；

（2）十分钟后关闭水泵和风机开关。

（3）最后，切断电源。

四、实验步骤

1）拟定试验热水温度（可取T1=50~65℃）

2）在固定热水流速，改变空气流速的工况下，进行一组试验（5个以上工况）。

3）在固定空气流速，改变热水流速的工况下，进行一组试验（5个以上工况）。

4）每一工况的试验，均需测定以下参数：

空气进口温度（或室温）；空气出口温度及空气流量；热水进出口温度及热水流量；空气和热水通过换热器的阻力等。

五．数据处理

1）空气吸热量：

Q1=Cpk·Gk（t2-t1）,[W]

2）热水放热量：

Q2=Cps·Gs（T1-T2）,[W]

3）平均换热量：

，[W]

4）热平衡误差：

5）传热系数：

·[W/m2·℃]

式中：

Cpk，Cps分别为空气和水的定压比热。

[J/kg·℃]

Gk，Gs分别为空气和水的质量流量，[kg/s]

Gk=

m3/s

α——流量系数，空气取0.9988；

ε——被测介质的膨胀校正系数，空气取0.6329；

F0——孔板喉部断面面积m2；

ΔP——孔板前、后取压断面的静压差，

ρ——气体密度，kg/m3；

Gs——进口温度下的水流量kg/s

b——微压计倾斜比1/5

t1，t2——空气的进出口温度,[℃]

T1，T2——热水的进出口温度,[℃]

F——换热器散热面积0.885[m2]

——传热温差，[℃]

[℃]

[注意事项]：

热水温度不能超过70℃。

以免影响设备使用寿命。

将原始数据记于表一、表二。

将计算整理数据记于表三。

加热器的平均换热量为

式中：

加热器的平均换热量，kW；

实验中两流体间的热平衡偏差为

则符合要求，实验即为合格；否则需要改变运行参数，重新进行测定与计算。

表一固定热水流速记录表

编号

空气流速 

水测流量：

空气侧

进口温度

出口温度

进口温度

出口温度

1

2

3

4

5

表二固定空气流速记录表

编号

水测流速 

水测

 空气侧流量：

进口温度

出口温度

进口温度

出口温度

1

2

3

4

5

表三

水测流量

空气侧流量

水测换热量Q1

空气侧换热量Q2

平均换热量Q

传热系数K

热平衡偏差

六、问题讨论

1、换热量随水测或空气侧流速的改变怎么样变化？

2、传热系数随水测或空气侧流速的改变怎么样变化?

（二）、翅片管式换热器性能测试

一、实验目的

1．了解翅片管式换热器的原理；

3．测量翅片管式换热器的性能；

4．培养学生独立进行科研实验的能力。

二、实验内容

1．熟练实验原理和实验装置，学习正确使用测温度、测压差、测流速、测热量等仪表。

2．正确安排实验，测取管外放热和阻力的有关实验数据。

3．对实验设备，实验原理，实验方案和实验结果进行分析和讨论。

三、实验设备

实验的翅片管束安装在一台低速风洞中——实验装置和测试仪表如图1所示。

试验由有机玻璃风洞，加热管件、风机支架、测试仪表等六部分组成。

有机玻璃风洞由带整流隔栅的入口段，整流丝网、平稳段、前测量段、工作段、后测量段、收缩段、测速段、扩压段等组成。

工作段和前后测量段的内部横截面积为200mmx200mm。

五、实验步骤

1．熟悉实验原理,实验设备

2．调试检查测温、测速、测热等各仪表，使其处于良好工作状态；

3．接通电加热器电源，将功率控制在150W，予热5~10分钟后，开动引风机，注意到引风机需在空载或很小的开度下启动；

4．调整引风机，来控制实验工况的空气流速，一般空气风速应从小到大逐渐增加，实验中，根据毕托管压差读值，可改变6~7个风速值，这样就有6~7个实验工况；

将测量的量整齐地记收予先准备好的数据记录表格中。

6．进行实验数据的计算和整理，将结果逐项记入数据整理表格中。

在整理数据时，可以用手算程序。

7．对实验结果进行分析和讨论。

应注意，当所有工况的测量结束以后，应先切断电加热器电源，待10分钟后，再关停引风机。

六、数据整理

数据的整理可按下述步骤进行：

1．计算风速和风量

测量截积的风速

（8）

α——流量系数，空气取0.9988；

ε——被测介质的膨胀校正系数，空气取0.6329；

F0——孔板喉部断面面积m2；

ΔP——孔板前、后取压断面的静压差，可用ρgh计算

ρ——气体密度，kg/m3；

故得出速度的单位为m/s

风量：

Ma=U测

F测

ρ测

其中：

测量截面积F测=0.072m

3.14，测量截面处的密度由出口空气温度Ta2确定。

2．空气侧吸热量：

（9）

3．电加热器功率

式中：

I——电流表读值（A）；

U——电压表读值（V）。

4．计算热平衡误差

（10）

七、讨论

（一）分析实验误差原因和改进措施。

（二）通过实验，掌握了哪些实验技能？

巩固了哪些基本概念？

附录

表一实验数据记录表

序

空气流速

空气流量

空气侧进口温度

空气侧出口温度

电加热器加热时间（t）

1

2

3

4

5

6

表二实验数据处理

编号

空气侧换热量

电加热量

热平衡差

1

2

3

4

5

6

（三）、直流调速家用中央热泵式空调机组的拆装实验

在普通空调器的基础上，安装一个四通换向阀，改变阀的操作，可以使原来空调器的蒸发器和冷凝器的功能互相对换，从而把冷却室内空气的功能改变为加热室内空气的功能。

它的特点是一机两用，夏季可以制冷降温，冬季可以制热升温。

结构简单，控制方便，价格便宜，适用于+5～43℃环境。

带除霜器的热泵式空调器，适用于-5～43℃环境。

一、实验目的

1）通过本实验了解热泵式空调器的工作原理；

2）锻炼实际动手能力,了解热泵式空调器的结构组成；

3）了解变频空调的工作原理。

二、实验装置及仪器

图一、实验装置示意图

实验报告要求：

1）完成热泵式空调机组的原理图。

2）变频技术的原理。

3）用一段书面语介绍该机组。

4）该机组的适用范围。