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《傳熱系數(shù)和給熱系數(shù)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、WORD資料整理傳熱系數(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
2、速率方程知,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)=?。?)完美格式可編輯WORD資料整理從上式可知,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],
3、壁面的導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流給熱熱阻相比可以忽略≈(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,
4、只隨而變, (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
5、系數(shù)K和α的實(shí)驗(yàn)測(cè)定完美格式可編輯WORD資料整理實(shí)驗(yàn)裝置的建立依據(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
6、的溫度計(jì),蒸汽壓力;Cpc------------由冷流體的進(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)裝置圖完美格式可編輯WORD資料整理四.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€(xiàn)原因。5.待冷
7、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)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(xiàn)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)處理完美格式可編輯WORD資料整理完美格式可編輯WORD資料整理完美格式可編輯WORD資料整理六.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)
8、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=0.030Re0.778Pr0.4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?完美格式可編輯