傳熱系數(shù)與給熱系數(shù)

1、傳熱系數(shù)K和給熱系數(shù)的測定一. 實(shí)驗?zāi)康?. 了解間壁式傳熱元件的研究和給熱系數(shù)測定的實(shí)驗組織方法；2. 掌握借助于熱電偶測量壁溫的方法；3. 學(xué)會給熱系數(shù)測定的試驗數(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. 基本原理傳熱系數(shù)K的理論研究圖1傳熱過程示意圖在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中經(jīng)常采用間壁式換熱裝置來達(dá)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(jìn)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(dǎo)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(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)和壁厚對傳熱過程的傳熱性能有影響外，影響傳熱過程的參數(shù)還有12個，這不利于對傳熱過程作整體研究。根據(jù)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(dǎo)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(guān)系，尚有=13-4=9個無因次數(shù)群，即由正交網(wǎng)絡(luò)法每個水平變化10次，實(shí)驗工作量將有108次實(shí)驗，為了解決如此無法想象的實(shí)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(jìn)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(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑。當(dāng)時，反之當(dāng)時，。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， (9)改變的簡單方法是改變閥門的開度，這就是實(shí)驗研究的操作變量。同時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：（） 增加流體的流量；（） 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，定理告訴我們，=個無因次數(shù)群，即：(10)經(jīng)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(shù)K和的實(shí)驗測定實(shí)驗裝置的建立依據(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= WccCpc(t2-t1) (12)其中 (13) (14)其中： (15) (16)-若實(shí)驗物系選定水與水蒸汽,由(8)、(9)式告訴我們,實(shí)驗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-測冷流體的流量計；t1、t2-測冷流體的進(jìn)、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(jìn)、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(shí)驗裝置圖。三實(shí)驗裝置圖四實(shí)驗步驟1 先開蒸汽加熱開關(guān), 再開氣源和空氣轉(zhuǎn)子流量計。2 打開不凝性氣體放氣閥，“開-關(guān)”重復(fù)三次。3 整個實(shí)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(zhuǎn)子流量計閥門開度，達(dá)到改變流速的目的。4 實(shí)驗布點(diǎn)采用小流量和打流量分別布點(diǎn)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(shí)驗數(shù)據(jù)。6 實(shí)驗結(jié)束時，先關(guān)蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，保持空氣繼續(xù)流動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R0.93，否則，實(shí)驗重做。五實(shí)驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理六. 實(shí)驗結(jié)果討論與分析1、從理論及經(jīng)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(nèi)Re10000即流動是充分湍流的，這一點(diǎn)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(jìn)口段只占總長的很小一部分，而管內(nèi)流動是充分發(fā)展的。本實(shí)驗關(guān)