换热的知识PPT课件.ppt

,*,*,*,1,测定强制对流时空气横掠园管的平均换热系数,。,2,应用相似理论将实验结果整理成准则关系式，并在双对数坐标上绘出,Nu-Re,曲线。,3,了解实验的基本思想，加深应用模型试验方法解决工程实际中具体问题的认识。,一目的意义,强制对流换热是工程实际中最常遇到的传热学问题，有着广泛的应用。并且，强制对流平均换热系数是设备换热效率的重要指标，因此，测定对流换热系数有着工程实际意义。,1,二基本原理,空气横掠,单管,时，在管外形成了较为复杂的,园柱绕流流场,，园柱面附近的流速、压强分布与来流情况有很大变化，致使园管断面上各点换热系数不同。本实验不考虑各局部位置的影响，仅给出园管的综合换热效果，即平均换热系数,。,“热对流”是指流体中温度不同的各部分相互混合的宏观运动所引起的热量传递现象。根据引起流体宏观运动的原因不同，可以把“热对流”分为,自然对流,换热和,强制对流,换热。严格地说，强制对流换热中不能排除自然对流换热的作用，只是因为它的影响远小于前者而不予考虑。,2,根据牛顿冷却定律，在稳态热流条件下,（,10-1,）,式中，,平均换热系数，,w/m,2,.,；,Q,单位时间放热量，,W,；,t,w,t,f,分别为壁面温度和气流温度，,；,A,放热管放热面积，,m,2,。,3,式中，,努谢尔特数（准则）。由于,Nu,数中含有换热系数，故又称无因次换热系数，表征对流换热的强烈程度；,雷诺数（准则）。是强制对流的一个重要的已定相似准则；,普朗特数（准则）。表征动量传递热 量传递的相似程度；,d,放热管外径，,m,；,流体介质在,定性温度,t,m,下的导热系数，,w/m.,流体介质在,定性温度,t,m,下的运动粘度，,m,2,/s,；,a,流体介质在,定性温度,t,m,下导温系数，,m,2,/s,。,W,流体介质的速度，,m/s,；,应用相似理论研究强制对流换热问题，在几何相似的园管中及稳态热流条件下，换热规律可表述为,Nu=f(Re,Pr),（,10-2,）,4,对于空气介质，在温度变化不大时，,Pr,数值变化很小可视作常数（如在室温条件下，,Pr0.7,），准则关系式可简化为,Nu=f(Re),通常把实验结果整理成幂函数的形式,Nu=C Re,m,（,10-3,）,式中,c,和,m,的值根据实验数据用最小二乘法确定。,其中，,流体介质的定性温度,5,三实验器材,测定装置见图,10-1,所示。,1,风源,箱式风洞，由风箱、风机、风门及试验段组成。,2,电源,提供直流低压大电流的硅整流器。,3,试件,四支外径不同、内部绝热、外覆不锈钢薄片的放热管，内壁焊有热电偶热端（铜,康铜）。,4,流速测量仪表,毕托管、倾斜式微压计。,5,温度测量仪表,热电偶冷端、分压箱、电位差计、水银温度计。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,6,1.,风箱；,2,、风机；,3,、试验段；,4,、试件,5,、硅整流器；,6,、风门,7,、毕托管；,8,、倾斜微压计；,9,、分压箱；,10,、电位差计；,11,、管内热电偶；,12,、冷端热电偶。,图,10-1,平均换热系数测定实验装置示意图,7,箱式风洞,武汉理工大学*材料科学与工程学院,箱式风洞由风箱、风机、风门及试验段组成。,8,电位差计,武汉理工大学*材料科学与工程学院,温度测量仪表,由热电偶冷端、分压箱、电位差计、水银温度计进行组合,9,倾斜式微压计,武汉理工大学*材料科学与工程学院,流速测量仪表,由毕托管、倾斜式微压计进行组合,10,试 件,武汉理工大学*材料科学与工程学院,四支外径不同、内部绝热、外覆不锈钢薄片的放热管，内壁焊有热电偶的热端（铜,康铜,）,11,四测试步骤,1,在试验段上安装毕托管，使其开口正迎来流方向，并用胶管与微压计接通。微压计调平、调零。,2,接电源于试验段极片；将测定电源电压的导线接于分压箱相应接线柱上。,3,将试件插入试验段，冷端热电偶（铜,-,康铜）装在与毕托管相对应的位置，用导线实现热电偶冷，热端的串联，以测出温差（,tw-tf,）的热电势,E,（,tw ,tf,）。将导线接到分压箱相应接线柱上，进行电位差计的调试。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,仪器配置与接线示意图,12,4,关闭风门开启风机，打开风门至,2,或,3,挡，然后通电，调节电流至参考值。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,电流,参考值,放热管,1,（粗）,2,3,4,（细）,电流参考值（,A,）,25,20,16,12,注意,：,每组电源供 2 台设备，即有 2 只放热管，,所以电源的电流 按,上值加倍,。,13,5,热稳定后（,2-3,分钟）测定并记录气流动压读数,h(mmH2O),；电压,V1,、电压,V2,、温差势电热,E,（,tw ,tf,）读数（均为,mv,）以及气流温度,tf,。,6,调节风门，改变流速，重复步骤,4,，共测,4,组数据(,风门调节，每次相差约 10,mmH,2,O,)。,7,关闭电源，片刻后关闭风机，更换放热管(,必须2只一起换,即一组实验做完后，必须等另一组做完后再停电。否则会烧坏放热管,)，重复步骤,3,、,4,、,5,。,8,实验结束，关闭电源，片刻后关闭风机及风门，仪器仪表归位。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,14,五实验结果处理,测量项目,单位,第一组,第二组,第三组,放热,管的,尺寸,外径,d,m,长度,l,m,0.1,0.1,0.1,面积,F,m,2,工况编号,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,气流动压,h,mmH,2,O,工 作,电 流,参考值,A,实测值,A,工作电压,U,V,气流温度,tf,温差热电势,E,mv,壁温热电势,E,mv,表,10-1,实 验 数 据 记 录 表,15,1.,计算流速、发热量、放热管壁温、温差（,t,w,-t,f,）及平 均换热系数,，并将计算结果列于表,10-2,中。,流速,w,对于气体流动，根据伯努利方程有,当,p,用,mmH,2,O,表示时，由于,1 mmH,2,O=9.81 Pa,，所以流速计算公式可写为,式中,空气密度（温度为,t,f,时），,kg/m,3,；,h,动压读数，,mmH,2,O,。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,16,试件工作段发热量,Q,Q=I U (w),式中，,I=2 V2,；,A,工作段电流。其中,V2,为工作电流通过标准电阻后的电压降,mv,值。,由于本实验装置两台并联共用，放热管相同时，可近似认为每台通过的工作电流相等，即：,I=V2 (A),V=T V1 10-3,式中,V,工作段电压降。,T,为分压箱电压倍率，,T=201,。,V1,为工作段电压经分压箱后测得的,mV,值。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,17,放热管壁温,t,w,由于放热管是由很薄的不锈钢片制成（厚约,0.2 mm,），所以可认为钢片内外表面温度相等，壁温热电势可用下式计算：,E(t,w,0)=E(t,w,t,f,)+E(t,f,0),式中右边第一项测量给出，第二项根据,t,f,查分度表给出，算出,E(t,w,0),，查出,t,w,。再算出过余温度,t,w,-t,f,。,平均换热系数,(w/m,2,),武汉理工大学*材料科学与工程学院,18,2,用最小二乘法计算,c,、,m,值，给出准则公式。在双对数坐标纸上绘出,Nu-Re,曲线，并点绘出各实验点,计算雷诺数和努谢尔特数，将计算结果列于表,10-2,中。,通常把实验结果整理成幂函数的形式。,式中 系数,c,和指数,m,应用最小二乘法确定。对上式两边取对数,令,Lg,Nu,=y,Lg,Re,=x,，则有直线关系式,y=a+m x,根据最小二乘法，常数,a,、,m,按下列公式计算,式中,n,为试验点数目。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,19,在双对数坐标纸上画出,Nu-Re,曲线，并点绘出各实验点,用,Excel,也可作图，用数据绘图结果如下。用,Excel,添加趋势线的方法，可以直接给出,Nu-Re,对应的方程。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,20,影响因素分析,1,本实验装置包括测风速和测温度两个系统。测风速系统使用一支毕托管测定风道内某一点处的风速。所以要求风道中各点处的风速均匀，否则测得的风速不具代表性，影响实验数据处理的准确。,2,本实验属稳定态传热，但由于加热系统没有稳压装置，所以换热管表面温度难免有些波动，对测量结果有较大的影响。,3,各种测试仪器在使用前必须进行校正以便保证测试结果的准确。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,21,思考题,1,、如何从温差热电势,E,（,tw ,tf,）算出放热管壁温,tw,和过余温度,tw-tf,？,2,、如何扩大实验范围？你有何设想？,主要参考文献,1,孙晋涛，硅酸盐工业热工过程及设备（上册），建筑工 业出版社，,1985,年,(,第,2,版,),。,2,上海交大热工实验室，空气横掠单管时平均换热系数的测定。,武汉理工大学*材料科学与工程学院,22,