1、传热系数 K 和给热系数 的测定一. 实验目的1. 了解间壁式传热元件的研究和给热系数测定的实验组织方法；2. 掌握借助于热电偶测量壁温的方法；3. 学会给热系数测定的试验数据处理方法；4. 了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。二. 基本原理传热系数 K 的理论研究在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热。这种传热过程系冷、热流体通过固体壁面进行热量交换。它是由热流体对固体壁面的对流给热，固体壁面的热传导和固体对冷流体的对流给热三个传热过程所组成。如图 1 所示。由传热速率方程知，单位时间所传递的热量Q= （1）tTKA而对流给热所传递的热量，对于冷、热流体均可由
2、牛顿冷却定律表示Q= （ 2）1wht或 Q= （3）Ac2对固体壁面由热传导所传递的热量，则由傅立叶定律表示为Q （4 ）21wmt由热量平衡和忽略热损失，可将（2）、（3 ）、（4 ）式写成如下等式Q= （5）所以KAtTtAttTcwmwh 1121（6）cmhK （7）2211 , ucudf pp 5,f图 1 传热过程示意图从上式可知，除固体的导热系数和壁厚对传热过程的传热性能有影响外，影响传热过程的参数还有 12 个，这不利于对传热过程作整体研究。根据因次分析方法和 定理，热量传递范畴基本因次有四个： L,M,T,t ,壁面的导热热阻与对流给热热阻相比可以忽略 （8）K21,f要
3、研究上式的因果关系，尚有 =13-4=9 个无因次数群，即由正交网络法每个水平变化 10 次，实验工作量将有 108次实验，为了解决如此无法想象的实验工作量，过程分解和过程合成法由此诞生。该方法的基本处理过程是将(7)式研究的对象分解成两个子过程如(8)式所示，分别对 进行研究，之后再将21,合并，总体分析对 的影响，这有利于了解影响传热系数的因素和强化传21,K热的途径。当 时， ，反之当 时， 。欲提高 设法强化122121K给热系数小的一侧 ，由于设备结构和流体已定，从(9)式可知，只要温度变化不大， 只随 而变，1u(9)11,pcdf改变 的简单方法是改变阀门的开度，这就是实验研究的
4、操作变量。同时1它提示了欲提高 只要强化 小的那侧流体的 u。而流体 u 的提高有两种方法：K（）增加流体的流量；（）在流体通道中设置绕流内构件，导致强化给热系数。由(9) 式， 定理告诉我们，= 个无因次数群，即：(10)111,pcudfpcduf,经无因次处理，得：(11)cboaNuPrRe如果温度对流体特性影响不大的系统，并且温度变化范围不大，则式(11)可改写为： b式中： 。coaPr传热系数 K 和 的实验测定实验装置的建立依据如下热量衡算式和传热速率方程式，它是将(5)和(6)式联立,则KA tm= WccCpc(t2-t1) (12)其中 (13)12tTln(14)mpc
5、tACK)(212tcWtphc其中： (15)12ln)()(ttmmc下上 下上(16)下上 下上 mmhtTl)()(t-若实验物系选定水与水蒸汽,由(8)、(9) 式告诉我们,实验装置中需要确定的参数和安装的仪表有：A-由换热器的结构参数而定；Wc-测冷流体的流量计；t1、t 2-测冷流体的进、出口温度计；T、P-测热流体的温度计，蒸汽压力；Cpc-由冷流体的进、出口平均温度决定；-由热电偶温度计测定。下上 、 mt将以上仪表、换热器、气源、及管件阀门等部件组建成如下实验装置图。三实验装置图四实验步骤1 先开蒸汽加热开关, 再开气源和空气转子流量计。2 打开不凝性气体放气阀，“开- 关
6、”重复三次。3 整个实验操作控制蒸汽压力恒定在 0.05Mpa 以下某一刻度，改变唯一操作变量即空气转子流量计阀门开度，达到改变流速的目的。4 实验布点采用小流量和打流量分别布点集中原则，因为是直线原因。5 待冷流体出口温度显示值保持 5min 以上不变时方可同时采集实验数据。6 实验结束时，先关蒸汽进口调节阀，保持空气继续流动 10min，以足够冷却壁温，保护热电偶接促正常。7 上机数据处理的直线相关系数要求 R0.93，否则，实验重做。五实验结果及数据处理六. 实验结果讨论与分析1、从理论及经验公式可知：Nu=0.023R e0.8Pr0.4。而此公式适用的条件是：（1）光滑管内 Re10000 即流动是充分湍流的，这一点是重要的；（2）0.7P r160；（3） 流体是低粘度的（不大于水粘度的 2倍）；（4）l/d3040 即进口段只占总长的很小一部分，而管内流动是充分发展的。本实验关联的 Nu=0.030Re0.778Pr0.4与理论公式作比较有偏差，造成偏差的原因可能有哪些？2、整理 ，由此式分析：物性参数中 、u、d 对给热2.048.3.du 系数 的影响, 其中哪个参数影响最大？
