傳熱系數與給熱系數#特選內容

1、傳熱系數K和給熱系數的測定一. 實驗目的1. 了解間壁式傳熱元件的研究和給熱系數測定的實驗組織方法；2. 掌握借助于熱電偶測量壁溫的方法；3. 學會給熱系數測定的試驗數據處理方法；4. 了解影響給熱系數的因素和強化傳熱的途徑。二. 基本原理傳熱系數K的理論研究圖1傳熱過程示意圖在工業(yè)生產和科學研究中經常采用間壁式換熱裝置來達到物料的冷卻和加熱。這種傳熱過程系冷、熱流體通過固體壁面進行熱量交換。它是由熱流體對固體壁面的對流給熱，固體壁面的熱傳導和固體對冷流體的對流給熱三個傳熱過程所組成。如圖1所示。由傳熱速率方程知，單位時間所傳遞的熱量Q= （1）而對流給熱所傳遞的熱量，對于冷、熱流體均可由牛頓

2、冷卻定律表示 Q= （2）或 Q= （3）對固體壁面由熱傳導所傳遞的熱量，則由傅立葉定律表示為Q （4）由熱量平衡和忽略熱損失，可將（2）、（3）、（4）式寫成如下等式Q= （5）所以 （6） （7）從上式可知，除固體的導熱系數和壁厚對傳熱過程的傳熱性能有影響外，影響傳熱過程的參數還有12個，這不利于對傳熱過程作整體研究。根據因次分析方法和定理，熱量傳遞范疇基本因次有四個：L,M,T,t ,壁面的導熱熱阻與對流給熱熱阻相比可以忽略 （8）要研究上式的因果關系，尚有=13-4=9個無因次數群，即由正交網絡法每個水平變化10次，實驗工作量將有108次實驗，為了解決如此無法想象的實驗工作量，過程分解

3、和過程合成法由此誕生。該方法的基本處理過程是將(7)式研究的對象分解成兩個子過程如(8)式所示，分別對進行研究，之后再將合并，總體分析對的影響，這有利于了解影響傳熱系數的因素和強化傳熱的途徑。當時，反之當時，。欲提高設法強化給熱系數小的一側，由于設備結構和流體已定，從(9)式可知，只要溫度變化不大，只隨而變， (9)改變的簡單方法是改變閥門的開度，這就是實驗研究的操作變量。同時它提示了欲提高只要強化小的那側流體的u。而流體u的提高有兩種方法：（） 增加流體的流量；（） 在流體通道中設置繞流內構件，導致強化給熱系數。由(9)式，定理告訴我們，=個無因次數群，即：(10)經無因次處理，得： (11

4、)如果溫度對流體特性影響不大的系統(tǒng)，并且溫度變化范圍不大，則式(11)可改寫為：式中：。傳熱系數K和的實驗測定實驗裝置的建立依據如下熱量衡算式和傳熱速率方程式，它是將(5)和(6)式聯立,則 KAtm= WccCpc(t2-t1) (12)其中 (13) (14)其中： (15) (16)-若實驗物系選定水與水蒸汽,由(8)、(9)式告訴我們,實驗裝置中需要確定的參數和安裝的儀表有： A-由換熱器的結構參數而定；Wc-測冷流體的流量計；t1、t2-測冷流體的進、出口溫度計；T、P-測熱流體的溫度計，蒸汽壓力；Cpc-由冷流體的進、出口平均溫度決定；-由熱電偶溫度計測定。將以上儀表、換熱器、氣源

5、、及管件閥門等部件組建成如下實驗裝置圖。三實驗裝置圖四實驗步驟1 先開蒸汽加熱開關, 再開氣源和空氣轉子流量計。2 打開不凝性氣體放氣閥，“開-關”重復三次。3 整個實驗操作控制蒸汽壓力恒定在0.05Mpa以下某一刻度，改變唯一操作變量即空氣轉子流量計閥門開度，達到改變流速的目的。4 實驗布點采用小流量和打流量分別布點集中原則，因為是直線原因。5 待冷流體出口溫度顯示值保持5min以上不變時方可同時采集實驗數據。6 實驗結束時，先關蒸汽進口調節(jié)閥，保持空氣繼續(xù)流動10min，以足夠冷卻壁溫，保護熱電偶接促正常。7 上機數據處理的直線相關系數要求R0.93，否則，實驗重做。五實驗結果及數據處理六. 實驗結果討論與分析1、從理論及經驗公式可知：Nu=0.023Re0.8Pr0.4。而此公式適用的條件是：（1）光滑管內Re10000即流動是充分湍流的，這一點是重要的；（2）0.7Pr160；（3） 流體是低粘度的（不大于水粘度的2倍）；（4）l/d3040即進口段只占總長的很小一部分，而管內流動是充分發(fā)展的。本實驗關聯的Nu=0