傳熱系數(shù)與給熱系數(shù)

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1、傳熱系數(shù)K和給熱系數(shù)α的測(cè)定一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解間壁式傳熱元件的研究和給熱系數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)組織方法；2.掌握借助于熱電偶測(cè)量壁溫的方法；3.學(xué)會(huì)給熱系數(shù)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法；4.了解影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。二.基本原理１．傳熱系數(shù)K的理論研究圖1傳熱過(guò)程示意圖在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中經(jīng)常采用間壁式換熱裝置來(lái)達(dá)到物料的冷卻和加熱。這種傳熱過(guò)程系冷、熱流體通過(guò)固體壁面進(jìn)行熱量交換。它是由熱流體對(duì)固體壁面的對(duì)流給熱，固體壁面的熱傳導(dǎo)和固體對(duì)冷流體的對(duì)流給熱三個(gè)傳熱過(guò)程所組成。如圖1所示。由傳熱速率方程知，

2、單位時(shí)間所傳遞的熱量Q=（1）而對(duì)流給熱所傳遞的熱量，對(duì)于冷、熱流體均可由牛頓冷卻定律表示Q=（2）或Q=（3）對(duì)固體壁面由熱傳導(dǎo)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(xiě)成如下等式Q=（5）所以（6）＝　（7）從上式可知，除固體的導(dǎo)熱系數(shù)和壁厚對(duì)傳熱過(guò)程的傳熱性能有影響外，影響傳熱過(guò)程的參數(shù)還有12個(gè)，這不利于對(duì)傳熱過(guò)程作整體研究。根據(jù)因次分析方法和π定理，熱量傳遞范疇基本因次有四個(gè)：[L],[M],[T],[t],壁面的導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流給熱熱阻相比可以忽

3、略≈（8）要研究上式的因果關(guān)系，尚有π=13-4=9個(gè)無(wú)因次數(shù)群，即由正交網(wǎng)絡(luò)法每個(gè)水平變化10次，實(shí)驗(yàn)工作量將有108次實(shí)驗(yàn)，為了解決如此無(wú)法想象的實(shí)驗(yàn)工作量，過(guò)程分解和過(guò)程合成法由此誕生。該方法的基本處理過(guò)程是將(7)式研究的對(duì)象分解成兩個(gè)子過(guò)程如(8)式所示，分別對(duì)進(jìn)行研究，之后再將合并，總體分析對(duì)的影響，這有利于了解影響傳熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。當(dāng)＞＞時(shí)，，反之當(dāng)＜＜時(shí)，。欲提高設(shè)法強(qiáng)化給熱系數(shù)小的一側(cè)，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)和流體已定，從(9)式可知，只要溫度變化不大，只隨而變，　　　　　　　　　　　　

4、　　　　　　　　(9)改變的簡(jiǎn)單方法是改變閥門(mén)的開(kāi)度，這就是實(shí)驗(yàn)研究的操作變量。同時(shí)它提示了欲提高只要強(qiáng)化小的那側(cè)流體的u。而流體u的提高有兩種方法：（１）增加流體的流量；（２）在流體通道中設(shè)置繞流內(nèi)構(gòu)件，導(dǎo)致強(qiáng)化給熱系數(shù)。由(9)式，π定理告訴我們，π=７－４＝３個(gè)無(wú)因次數(shù)群，即：　　　　　　　　　(10)經(jīng)無(wú)因次處理，得：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(11)如果溫度對(duì)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(xiě)為：式中：。２．傳熱系數(shù)K和α的實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置的

5、建立依據(jù)如下熱量衡算式和傳熱速率方程式，它是將(5)和(6)式聯(lián)立,則KAtm=WcρcCpc(t2-t1)　　(12)其中(13)(14)其中：(15)(16)---------若實(shí)驗(yàn)物系選定水與水蒸汽,由(8)、(9)式告訴我們,實(shí)驗(yàn)裝置中需要確定的參數(shù)和安裝的儀表有：A-------------由換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)而定；Wc------------測(cè)冷流體的流量計(jì)；t1、t2---------測(cè)冷流體的進(jìn)、出口溫度計(jì)；T、P---------測(cè)熱流體的溫度計(jì)，蒸汽壓力；Cpc------------由冷流

6、體的進(jìn)、出口平均溫度決定；---由熱電偶溫度計(jì)測(cè)定。將以上儀表、換熱器、氣源、及管件閥門(mén)等部件組建成如下實(shí)驗(yàn)裝置圖。三．實(shí)驗(yàn)裝置圖四．實(shí)驗(yàn)步驟1．先開(kāi)蒸汽加熱開(kāi)關(guān),再開(kāi)氣源和空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)。2．打開(kāi)不凝性氣體放氣閥，“開(kāi)-關(guān)”重復(fù)三次。3．整個(gè)實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)子流量計(jì)閥門(mén)開(kāi)度，達(dá)到改變流速的目的。4．實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)采用小流量和打流量分別布點(diǎn)集中原則，因?yàn)槭侵本€原因。5．待冷流體出口溫度顯示值保持5min以上不變時(shí)方可同時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先關(guān)

7、蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，保持空氣繼續(xù)流動(dòng)10min，以足夠冷卻壁溫，保護(hù)熱電偶接促正常。7．上機(jī)數(shù)據(jù)處理的直線相關(guān)系數(shù)要求R≥0.93，否則，實(shí)驗(yàn)重做。五．實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析1、從理論及經(jīng)驗(yàn)公式可知：Nu=0.023Re0.8Pr0.4。而此公式適用的條件是：（1）光滑管內(nèi)Re＞10000即流動(dòng)是充分湍流的，這一點(diǎn)是重要的；（2）0.7＜Pr＜160；（3）流體是低粘度的（不大于水粘度的2倍）；（4）l/d＞30～40即進(jìn)口段只占總長(zhǎng)的很小一部分，而管內(nèi)流動(dòng)是充分發(fā)展的。本實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)的Nu=0.0

8、30Re0.778Pr0.4與理論公式作比較有偏差，造成偏差的原因可能有哪些？2、整理，由此式分析：物性參數(shù)中、u、d對(duì)給熱系數(shù)α的影響,其中哪個(gè)參數(shù)影響最大？