空调实验指导书与报告
空气加热器性能的测定
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兰州交通大学环境科学与工程学院暖通实验室
二Ｏ一六年五月
空气加热器性能的测定
在空气调节系统中，除应用喷水室对空气进行热湿处理外，还广泛采用表面式换热器对空气进行处理。

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；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。

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、实验原理
当用空气加热器处理空气时，处理过程为等湿加热且只是显热的交换过程。

主要取决于换热盘管传热系数的大小。

对既定结构的肋片式加热器，等湿加热过程的传热系数只与内外表面的换热系数有关，即
n
w K ατ
λτδα++Φ=
011
（1）
式中：K 加热器的传热系数，W/(㎡·℃)；
w α 外表面的换热系数，W/(㎡·℃)；
0Φ 肋表面全效率；
δ 管壁厚度，m ；
λ 管壁导热系数，W/(㎡·℃)；
n α 内表面的换热系数，W/(㎡·℃)； τ 肋化系数。

n
w
F F =
τ 式中：w F 单位管长肋片管的外表面积，㎡； n F 单位管长肋片管的内表面积，㎡；
对于以水为传热介质的空气加热器来说，其外表面换热系数w α与空气的迎
面风速y υ或质量流速ρυ有关，内表面换热系数n α与水的流速ω有关。

加热器供给空气的热量为
m t KF Q ∆= 式中：Q 加热器供给空气的热量，Kw ；
F 加热器的传热面积，㎡；本实验为45㎡
m t ∆ 热媒与空气间的对数平均温度，℃。

当热媒为热水时可以用算术平均温度来代替对数平均温度。

被加热的空气所得到的热量为
()12t t c G Q a a a -= （2）
式中：a Q 空气得到的热量，kW ； a G 被加热的空气量，㎏/s ；
a c 干空气的比热，一般a c ＝1.01，kJ /（㎏·℃）； 2t 加热后空气的干球温度，℃； 1t 加热前空气的干球温度，℃；
从理论上讲，上述两者应当相等，即a Q ＝Q 。

因此只要测量出空气侧获得的热量a Q 即可以得知加热器的热交换能力（换热量）。

三、实验装置及仪器
本实验装置为一直流系统，如图1所示。

（1）空气动力部分
风机由直流电机驱动，用可控硅调速装置调节电机转速，以得到实验所需的 风量。

（2）空气流量测定装置
该部分由均流板、空气流量喷嘴、测压环等组成。

喷嘴共设两个，喷嘴喉口直径D=125㎜。

（3）空气处理段
两台空气加热器并联，加热器外形尺寸为100㎜×100㎜×80㎜，三排管。

该段所设测压环用来测量加热器前后压力差，以确定加热器的阻力。

（4）热水系统
由水泵、三级电加热锅炉、水箱、流量计等组成。

加热水温由电接点水银温度计控制，水流量由阀门调节，流量计显示。

实验用仪器包括：铂电阻数字温度计、倾斜式微压计、空盒气压表、液转流量计等。

四、实验方法
本实验使用两种方法确定加热器换热量，一种是测量空气侧的换热量，另一种是测量热媒（水）侧的换热量。

两种方法测得的热量偏差不得超过5％，取两者算术平均值作为该加热器的换热量。

用可控硅调速装置改变直流电机的输入电压，使系统保持在一个稳定的风量下。

开启热水系统加热器，使空气加热器入口水温满足测定要求。

这样通过对空气流量、加热器前后的空气温度的测定，对热水流量，加热器进出口水温的测定，即可计算出加热器的换热量。

五、实验步骤
1）实验系统按风机、水泵、加热器的先后顺序启动。

可控硅调速装置的
电压调至V＝150～200V，将电热锅炉中热水温度调至t＝55～60℃，热水流量调
至1000～3000L/h 。

2）测量大气压力、流量、喷嘴前的静压和其前后的静压差，加热器前后空 气的干球温度。

3）计算处理的空气量：
n n a P CF G ρ∆=41.1 （3）
()
n j
B n t P P ++=
15.273287ρ
式中：a G 实验系统中空气的质量流量，㎏/s ； C 喷嘴流量系数，本实验装置中C ＝0.98；
n F 喷嘴喉部面积（喷嘴共设4个，喷嘴喉口直径D ＝125㎜），㎡； P ∆ 喷嘴前后的静压差，a P ； n ρ 空气密度，㎏/m 3； B P 当地大气压力，a P ； j P 喷嘴前的静压，a P ； n t 喷嘴前的空气温度，℃。

4）按式（2）计算空气侧换热量。

5）测量加热器进出口水温，通过加热器的水流量。

6）计算热媒（水）侧的换热量：
()21w w w w w t t c G Q -= （4） 式中：w Q 水侧的换热量，kW ； w G 水的质量流量，㎏/s ； w c 水的比热，kJ /（㎏·℃）； 1w t 加热器的进口水温，℃； 2w t 加热器的出口水温，℃。

六、数据整理
将原始实验数据记于表一、表二、表三。

将计算整理数据记于表四。

加热器的平均换热量为
2
w
a P Q Q Q +=
（5） 式中：P Q 加热器的平均换热量，kW ；
实验中两流体间的热平衡偏差为： %5≤-=
P p a Q Q Q ε 或 %5≤-=P
p
w Q Q Q ε 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。

表三水温、水量测定记录表
七、问题讨论
1）表面式热湿交换设备和直接接触式热湿交换设备各有什么特点？
2）本次实验中对空气的处理过程是怎样的？作为表面式换热器还可以实现哪几种处理过程？
3）实验中测定热媒（水）侧的热量，其意义如何？。