傳熱系數(shù)及給熱系數(shù)

.PAGE4/NUMPAGES4傳熱系數(shù)K和給熱系數(shù)α的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忾g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；掌握借助于熱電偶測(cè)量壁溫的方法；學(xué)會(huì)給熱系數(shù)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法；了解影響給熱系數(shù)的因素和強(qiáng)化傳熱的途徑?；驹恚保畟鳠嵯禂?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)固體壁面的圖1傳熱過(guò)程示意圖對(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,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,<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：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,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)。打開(kāi)不凝性氣體放氣閥,"開(kāi)-關(guān)"重復(fù)三次。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。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。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)。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。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；〔20.7＜Pr＜160；〔3流體是低粘度的〔不大于水粘度的2倍；〔4l/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/r