开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

第39卷　第3期2005年3月　

西　安　交　通　大　学　学　报

J OU RNAL O F XI′AN J IAO TON G U N IV ERSIT Y

Vol.39　№3

Mar.2005

开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

李惠珍,屈治国,程永攀,陶文铨

(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安)

摘要:对2排X型双向开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验研究,在实验的Re范围内得出了传热和阻力的性能关联式及特性曲线.比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,与单向开缝翅片相比,X型双向开缝翅片的性能更好.通过数值模拟得出了X型双向开缝翅片的效率计算曲线.应用场协同原理,对数值模拟得到的气流在2片翅片之间的温度场、速度场、对流换热系数及压降在流动方向上的沿程变化进行了分析.结果表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是翅片开缝后改善了速度和温度梯度的协同性.

关键词:换热器;开缝翅片;强化传热;实验研究;数值模拟;场协同

中图分类号:T K13　文献标识码:A　文章编号:0253Ο987X(2005)03Ο0229Ο04

Experimental and Numerical Study on H eat T ransfer and Fluid Flow Characteristics of Slotted Fin2and2Tube H eat T ransfer Surfaces

L i H ui z hen,Qu Zhi g uo,Cheng Yong p an,T ao W enquan

(State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China)

Abstract:Air side heat t ransfer and fluid flow characteristics of two2row slotted fin2and2t ube heat t ransfer surface wit h X2type st rip arrangement were st udied experimentally and numerically.The heat transfer and friction factor correlations were obtained in a wide range of Reynolds number.It is found t hat t he slotted fin2and2t ube heat t ransfer surfaces have excellent performance compared wit h t he plain plate fin heat t rans2 fer surfaces and t he performance of X2type two2side strip fin surfaces is better t han t hat of one2side strip fin surfaces.By numerical met hod,t he fin efficiency curves for X2type two2side st rip fin surfaces were a2 chieved.From t he viewpoint of field synergy,t he air velocity and temperat ure fields between t he two neighboring fin surfaces and t he dist ribution of local heat t ransfer coefficient and pressure drop in flow di2 rection were analyzed.The result s show t hat t he heat t ransfer enhancement of slotted fins is caused by t he imp rovement of t he synergy between t he velocity field and t he temperat ure gradient.

K eyw ords:heat exchanger;st ri p f i n s urf ace;heat t rans f er enhancement;ex peri mental i nvesti g ation;

numerical si m ul ation;f iel d s y nerg y p ri nci ple

在制冷、空调、化工等领域的换热器中,空气侧的换热表面广泛采用整体套片式翅片管.为强化空气侧传热,在普通的平直翅片表面上开孔、开缝使其形成间断型翅片(如开缝翅片、百页窗翅片等)是实现这一目标的有效方法.对开缝翅片管换热器的研究,文献[1]中给出了9个单向开缝翅片管换热器的传热及阻力性能实验关联式,文献[2]也对部分单向及双向开缝翅片给出了实验关联式,但由于开缝翅片结构复杂,诸多因素如翅片节距、开缝翅片的缝宽、缝长、缝高、开缝数及缝的分布等都不同程度地影响其流动和传热[3],翅片效率的计算也因此变得复杂且无公式可循[2,3],用于分析开缝翅片流动和

收稿日期:2004Ο08Ο03.　作者简介:李惠珍(1952～),女,高级工程师.　基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(G2000026303);国家自然科学基金资助项目(50476046).

传热机理的数值模拟研究则更少,因此对开缝翅片

管的研究还远远不够.本文采用实验研究及数值模拟的方法,对与文献[1Ο3]中翅片结构不尽相同的国内空调器中应用的双向开缝翅片管换热器的传热和阻力性能进行了研究及分析.

1　实验装置及元件参数

实验装置为一个吸风式风洞,由空气和蒸气凝结水两回路组成,实验系统及测量参见文献[4].实

验元件为开缝翅片管,翅片上开缝呈X 型双桥布置(如图1所示).所谓双桥即指沿流动方向,开缝处的条带翅片交替地向上或向下突起,其突起高度为0164mm ,条带宽度为1mm.元件尺寸及管束参数为:基管外径d 0=7mm ;翅根直径d 3=7124mm (d 3=d 0+2δ);翅片节距s =114mm ;翅片厚度δ=0112mm ;横向管间距s 1=21mm ;纵向管间距s 2=1217mm ;管排数N =2.管束排列方式为叉排,基管材料为铜,翅片材料为铝合金

.

图1　开缝翅片条缝布置

2　实验数据整理

实验时管外翅片侧为空气强制对流换热,管内为蒸气凝结放热,在工况稳定后进行测量,各工况的热平衡偏差控制在±5%以内,以两侧热量的平均值作为计算热量.采用热阻分离法,将空气侧对流换热系数从总传热热阻中分离出来

[5]

,

表达式如下

1

h 0η0

=

1

k

-R w +R s +

1h i A 0

A i

(1)

式中:η0为肋面总效率,η0=(A 1+ηf A 2)/A 0,A 1为翅片间基管表面积,A 2为翅片表面积,ηf 为翅片效率,用数值计算的方法确定;A 0为翅片侧总表面积;

A i 为管内表面积;R w 为管壁热阻;R s 为污垢热阻(新换热器R s =0);管内蒸气凝结换热系数h i 按文

献[5]计算.空气侧的雷诺数、努谢尔特数、摩擦因子如下

Re =u m d 3/ν,　N u =h 0d 3/λf =Δp

12ρu 2m L

d 3

(2)

式中:u m 为最窄截面处的空气流速;L 为气流流动方向的翅片长度;Δp 为气流沿流动长度的总压降.在式(2)的计算中,定性温度为实验元件进、出口空气的平均温度,特性尺度为翅根直径d 3.

3　实验结果

3.1　传热和阻力特性

拟合整理实验数据,得出2排X 型双向开缝翅片管的传热和阻力特性实验关联式如下:

传热性能关联式

N u =10

111974-012078(lg Re )+011034(lg Re )2

(3)

适用范围为 7180×102

阻力性能关联式

f =10

214249-019307(lg Re )+010711(lg Re )2

(4)

适用范围为 7180×102

X 型双向开缝翅片管的传热和阻力特性实验曲线如图2所示,为进行比较,图中还给出了2排单向开缝翅片管[1]及平直翅片管[4]的特性曲线.由图2可看出:随Re 增大,N u 增大,f 减小;开缝翅片管的传热性能和阻力性能远高于平直翅片,在实验的Re 范围内,X 型双向开缝翅片管的传热性能比平直翅片管平均高约9713%,阻力性能平均高约6314%;两开缝翅片管的阻力性能接近,X 型双向开

缝翅片管的传热性能比单向开缝翅片管高约

9195%.简单比较可知,开缝翅片是一种有效强化空气传热的方式,而且X 型布置的双向开缝翅片性能更好.

3.2　双向开缝翅片的效率

由于气流沿开缝翅片表面的流动和传热情况与平直翅片完全不同,开缝翅片效率的计算也变得复杂且无公式可循,在有关的实验研究文献中,是将开　

图2　翅片管的传热和阻力特性曲线及比较

032西　安　交　通　大　学　学　报 第39卷　

缝翅片的效率近似取为1进行数据处理的[2,3].本文应用文献[6]提出的数值模拟方法,所得X 型双向开缝翅片效率的计算曲线如图3所示

.

图3　开缝翅片效率计算曲线

4　数值模拟

4.1　数值计算方法

对双向开缝翅片进行数值模拟时,由于整个翅

片管换热器几何结构的周期性和对称性,取2片翅片之间的空间为计算区域,如图4所示.计算模型为三维稳态层流不可压缩流动,采用SIM PL E 算法[7],在气流流动的方向上,入口取为115L ,出口取为5L 以使出口无回流,圆管的边界形状通过阶梯逼近实现,管壁温度给定为恒壁温,流体温度和翅片温度由计算确定,是一个对流和导热的耦合问题,耦合计算及边界条件处理方法可参见文献[6

].

图4　开缝翅片的计算区域

4.2　数值计算与实验结果的比较

数值计算所得的双向开缝翅片管对流换热系数

与迎面风速的关系曲线如图5所示.由图可看出,数值计算结果在定性上与实验结果一致,即在实验风速变化的范围内,对流换热系数随风速的增大而增大.在定量上,当迎面风速u 0<316m/s 时,计算值高于实验值;当u 0>316m/s 时,计算值低于实验值;当u 0为1136m/s 及9114m/s 时,计算值与实验结果的偏差分别为+9126%和-818%.其余各点的偏差均小于此值,说明数值计算结果与实验结果

符合良好

.

图5　换热系数与迎面风速的关系曲线

4.3　数值计算结果分析

为分析比较,本文还对相同尺寸的平直翅片进

行了数值模拟,计算得出的平直翅片及双向开缝翅片的两翅片间中间截面的温度场及速度场如图6、图7所示.流动方向上对流换热系数及压降的沿程变化如图8、图9所示

.

1

32　第3期 李惠珍,等:开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

图8　

流动方向上对流换热系数的沿程变化

图9　流动方向上压降的沿程变化

图6、图7清楚地显示了这样的事实:在翅片表

面开缝后,不仅增加了流体中的扰动,而且边界层在槽缝处被破坏,使边界层形成间歇发展,有效地减薄了翅片表面上的热边界层厚度,因而使传热得到显著的强化.我们还可以从场协同原理得到进一步理解,根据场协同原理[8,9],减小速度场与温度梯度的夹角,即可使速度矢量和温度梯度矢量的方向协同一致,可以达到强化传热的目的.由图6、图7可知,在平直翅片的进口段,流线与等温线几乎垂直,即速度与温度梯度的方向几乎相同,速度与温度梯度的协同性很好,因而换热强烈,但在流经第一个管子后,两矢量的夹角增加,速度与温度梯度的协同性明显变差,因而局部对流换热系数下降,如图8中虚线所示.开缝翅片,特别是在管子后面的绕流区域开缝的翅片,有效地改善了速度与温度梯度的协同性,因而局部对流换热系数大为增加,如图8中的实线所示.

就沿程阻力而言,开缝使流动阻力增加,因而开缝翅片的沿程压力损失高于相应的平直翅片,如图9所示,但阻力增加的幅度略小于相同Re 下对流换热系数增加的幅度.综合评价得出,在相同泵功下开缝翅片的性能比平直翅片高约63%.

5　结　论

(1)实验得出了2排X 型双向开缝翅片管换热

器的传热和阻力性能关联式.

(2)比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,再次表明开缝翅片可有效强化空气传热,且X 型双向开缝翅片的性能更好.

(3)数值模拟得出了X 型双向开缝翅片的效率计算曲线.

(4)通过数值模拟,得出了X 型双向开缝翅片及同尺寸平直翅片的两翅片间的温度场、速度场及流动方向上对流换热系数和压降的沿程变化曲线.应用场协同原理分析表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是开缝的存在改善了速度和温度梯度的协同性.因此,如能得出整个流场中速度和温度梯度的夹角,在协同性比较差的区域布置开缝,可更有效地强化传热.参考文献:

[1]　李惠珍,康海军,辛荣昌,等.开缝翅片管换热器传热

和阻力特性实验研究[A ].全国高等学校工程热物理第四届学术会议论文集[C ].杭州:浙江大学出版社,

1992.277Ο280.

[2]　Wang C C ,Lee W S ,Sheu W J.A comparative study

of compact enhanced fin 2and 2tube heat exchangers[J ].International Journal of Heat and Mass Transfer ,2001,44(18):3565Ο3573.

[3]　Yun J Y ,Lee K S.Influence of design parameters on

the heat transfer and flow f riction characteristics of the heat exchanger with slit fins[J ].International Journal of Heat and Mass Transfer ,2000,43(14):2529Ο2539.

[4]　康海军,李　妩,李惠珍,等.平直翅片管换热器传热

和阻力特性的实验研究[J ].西安交通大学学报,1994,

28(1):91Ο98.

[5]　杨世铭,陶文铨.传热学[M ].第三版.北京:高等教

育出版社,1998.313Ο319.

[6]　屈治国,何雅玲,陶文铨.平直开缝翅片传热特性的三

维数值模拟及场协同原理分析[J ].工程热物理学报,

2003,24(5):825Ο827.

[7]　陶文铨.数值传热学[M ].第二版.西安:西安交通大

学出版社,2001.

[8]　Guo Z Y ,Li D Y ,Wang B X.A novel concept for

convective heat transfer enhancement [J ].International Journal of Heat and Mass Transfer ,1998,41(14):2221Ο2225.

[9]　Tao W Q ,He Y L ,Wang Q W ,et al.A unified anal 2

ysis on enhancing single phase convective heat transfer with field synergy principle [J ].Internaltional Journal of Heat and Mass Transfer ,2002,45(24):4871Ο4879.

(编辑　王焕雪)

232西　安　交　通　大　学　学　报 第39卷　

传热实验实验报告-传热实验报告

传热实验 一、实验目的 1、了解换热器的结结构及用途。 2、学习换热器的操作方法。 3、了解传热系数的测定方法。 4、测定所给换热器的传热系数K。 5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之。 二、实验原理 根据传热方程 Q=KA△ tm，只要测得传热速率 Q，冷热流体进出口温度和传 热面积 A，即可算出传热系数 K。在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管 式换热器来测定 K, 只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空 气的流量即可。Q 与自来水在工作过程中，如不考虑热量损失，则加热空气释放出的热量 1Q 得到的热量 Q 应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，实验中以 22为准。 三、实验流程和设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计 等组成。空气走管程，水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长 进行计算。 实验流程图： 空气进口水进口温度计 温度计列管式 转子流 换热器 转子流量计量计 风机温度计温度计 空气电 调节阀 加热器 传热系数K 测定实验流程图

四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。 2、实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器。 3、控制所需的气体和水的流量。 4、待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出 口温度，记录设备的有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变，改变自来水的流量，重复第四步。 6、保持第 4 步水的流量，改变空气的流量，重复第四步。 7、实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门。 五、实验数据记录和整理 1、设备参数和有关常数 换热流型错流；换热面积 0.4 ㎡ 2、实验数据记录 序号风机出口空气流量空气进口温空气出口温度℃水流量水进口温度℃水出口温度℃2 度℃L/h 压强 mHO 读数 m3/h 1 1.61611029.28018.921.9 2 1.61611029.48018.921.9 1 1.61611029.96018.922.4 2 1.61611029.96018.922.3 1 1.61611031.92019.024.8 2 1.61611032.02019.024.9 1 1.61111029.62019.123.0 2 1.61111029.62019.023.0 1 1.6611027.82019.021.3 2 1.6611027.82019.021.3 3、数据处理 空气流量水流量水的算术水的比热 传热速对数平均换热面传热系数K 的平均 序号平均温容 J/ m3/s kg/s率 J/s温度△ t m积 m2K W/m2K值 W/m2K 度℃（ kg·℃） 10.00440.022220.404183278.86736.24790.419.2333 19.1717 20.00440.022220.404183278.86736.48160.419.1101

热物理过程的数值模拟-计算传热学3汇总

四、非线笥问题迭代式解法的收敛性 每一层次上满足迭代法求解的收敛条件+相邻次间代数方程的系数变化不太大（亦即未知量 的变化不太大J多数情形下非线性问题迭代式解法是可以收敛的）。 使相邻两层次间未知量变化不太大的措施： 1欠松弛迭代常用逐次欠弛线迭法（SLUR）：一组临时系数下逐线迭代求解+对所得的解 施以欠松弛，再用欠松弛后的解去计算新的系数，常数，以进入下一层次的迭代。 实施：常把欠松弛处理纳入迭代过程，而不是在一个层次迭代完成后再行欠松弛。 .（n 1）川）.'a n bt n b t p =t p （t p ） a p （先）t p n1） = 7a n b t n b b （1一?）屯t p n） co o a'p t p n 9 、a n bt n b b' a'p -a^ ■, b' = b （^ ）（a p ）t p n），用交替方向线迭代法求解这一方程，就实现了SLUR 的迭代求解。为一般化起见，上式中t n b上没有标以迭代层次的符号（J, GS时不相同）。 2、采用拟非稳态法 前面已指出，稳态问题的迭代解法与非稳态问题的步进法十分相似。对于非线性稳态问题， 从代数方程的一组临时系数进入到另一组临时系数亦好象非稳态问题前进了一个时间层，非稳态问题的物理特性：系数热惯性越大（a； = PM v/也I ），温度变化越慢，仿此，对稳态非线性 问题，可在离散方程中加入拟非稳态项，以减小未知量托两个层次间的变化，即 由 （=a n b -S p：V）t p n。= Ua n bt n b b=（3a n b - S p：V a；）t p n。=二a n bt n b b a p tf Za n bt n b - b - a；t p n） （n 1） t p o Ea n b -S p心V +a p 一直进行到t p,t n b收敛，虚拟时间步的大小通过计算实践确定。 3、采用Jacobi点迭代法 中止迭代的判据（该层次迭代）除前述变化率判据外，还可以规定迭代的轮数，例如规定进 行4-6次ADI线迭代就结束该层次上的计算。此时，用收敛速度低的丁迭代也就起到了欠松弛的作用。 五、迭代法的收敛速度 1收敛速度 对给定的代数方程组（包括是临时系数的情形），采用不同的迭代方法求解时，使一定的初始误差缩小成：?倍所需要的迭代轮数K是不相的

导热系数实验报告

一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置

2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2） 实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上，支撑着一个铜散热盘P ，散热盘P 可以借助底座内的风扇，达到稳定有效的散热。散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ，样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ，其面积也与样品B 的面积相同，加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热，可以设定加热盘的温度。

西安交通大学传热学大作业二维温度场热电比拟实验1

二维导热物体温度场的数值模拟

一、物理问题 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道， 于纸面方向上用冷空气及砖墙的温度变化很小， 可以近似地予以忽略。 在下列两种情况下试计算： 砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向的每 米长度上通过砖墙的导热量。 第一种情况：内外壁分别均匀维持在 0℃及 30℃； 第二种情况：内外壁均为第三类边界条 件， 且已知： t 1 30 C,h 1 10.35W / m 2 K 2 t 2 10 C, h 2 3.93W / m 2 K 砖墙导热系数 0.35/ m K 二、数学描写 由对称的界面必是绝热面， 态、无内热源的导热问题。 控制方程： 22 tt 22 xy 边界条件： 第一种情况： 由对称性知边界 1 绝热： 边界 2 为等温边界，满足第一类边界条件： t w 0 C ； 边界 3 为等温边界，满足第一类边界条件： t w 30 C 。 第一种情况： 由对称性知边界 1 绝热： q w 0； 边界 2 为对流边界，满足第三类边界条件： q w ( t )w h 2(t w 可取左上方的四分之一墙角为研究对象， 该问题为二维、 稳 图1-

t f )； n t 边界3 为对流边界，满足第三类边界条件：q w ( ) w h 2 (t w t f )。 w n w 2 w f

0,m 6,n 1~ 7;m 7 ~ 16,n 7 30,m 1,n 1~12;m 2 ~ 16,n 12 三、方程离散 用一系列与坐标轴平行的间隔 0.1m 的二维网格线 将温度区域划分为若干子区域，如图 1-3 所示。 采用热平衡法， 利用傅里叶导热定律和能量守恒定 律，按照以导入元体（ m,n ）方向的热流量为正，列写 每个节点代表的元体的代数方程， 第一种情况： 边界点： 1 边界 绝热边界） ： 边界 图1-3 t m ,1 t 16,n 等温内边界） ： 14 (2t m,2 1 4 (2t 15,n t m 1,1 t m 1,1)，m 2 ~ 5 t 16,n 1 t 16,n 1)， n 8 ~ 11 边界 等温外边界） ： 内节 点： 1 (t t t t ) 4 m 1,n m 1,n m ,n 1 m,n 1 m 2 ~ 5,n 2 ~11;m 6 ~ 15,n 8 ~ 11 t m,n 第二种情况 边界点： 边界 1（绝热边界） ： t m ,1 1 4 (2t m,2 t m 1,1 t m 1,1)，m 2 ~ 5 t 16,n 1 4 (2t 15,n t 16,n 1 t 16,n 1)， n 8 ~11 4 边界 2（内对流边界） ： t6,n 2t 5,n t 6,n 1 t 6,n 1 2Bi 1t 1 ，n 1~ 6 6,n 2(Bi 2) t m,n t m,n

对流传热实验实验报告

实验三 对流传热实验 一、实验目的 1.掌握套管对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式4.0Pr Re m A Nu =中常数A 、m 的值； 2.掌握对流传热系数i α随雷诺准数的变化规律； 3．掌握列管传热系数Ko 的测定方法。 二、实验原理 ㈠ 套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 i i i S t Q ??= α （1） 式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2?℃)； Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2； t ?—内壁面与流体间的温差，℃。 t ?由下式确定： 2 2 1t t T t w +- =? （2） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示。 管内换热面积： i i i L d S π= （3） 式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。

由热量衡算式： )(12t t Cp W Q m m i -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 m m m V W ρ= （5） 式中：m V —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。 m Cp 和m ρ可根据定性温度t m 查得，2 2 1t t t m +=为冷流体进出口平均温度。t 1，t 2， T w ， m V 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n m A Nu Pr Re =. （6） 其中： i i i d Nu λα= ， m m i m d u μρ=Re ， m m m Cp λμ=Pr 物性数据m λ、m Cp 、m ρ、m μ可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re m A Nu = （7） 这样通过实验确定不同流量下的Re 与Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 ㈡ 列管换热器传热系数的测定 管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，

导热系数实验报告材料..

一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放在 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置

B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2）

计算传热学数值模拟

1、Jacobi 迭代 在Jacobi 迭代法中任一点上未知值的更新是用上一轮迭代中所获得的各邻 点之值来计算的，即 kk k k l l n l k n k a b T a T /)(1)1()(+=∑≠=- k=1,2,...,L 1×M 1 这里带括号的上角标表示迭代轮数。所谓一轮是指把求解区域中每一节点之值都更新一次的运算环节。显然，采用Jacobi 迭代式，迭代前进的方向（又称扫描方向）并不影响迭代收敛速度。这种迭代法收敛速度很慢，一般较少采用。但对强烈的非线性问题，如果两个层次的迭代之间未知量的变化过大，容易引起非线性问题迭代的发散。在规定每一层次计算的迭代轮次数的情况下，有利于Jacobi 迭代有利于非线性问题迭代的收敛。 2、Gauss-Seidel 迭代 在这种迭代法中，每一种计算总是取邻点的最新值来进行。如果每一轮迭代按T 的下角标由小到大的方式进行，则可表示为： kk k M L k l n l kl k l l n l kl n k a b T a T a T /)(1 11 ) 1(1 1) ()(++ =∑∑?+=--≠= 此时迭代计算进行的方向（即扫描方向）会影响到收敛速度，这是与边界条件的影响传入到区域内部的快慢有关的。 3、例题： 一矩形薄板几何尺寸如图所示，薄板左侧的边界温度T L =100K ，右侧温度T R =300K ，上侧温度T T =200K ，下侧温度T B =200K ，其余各面绝热，求板上个节点的温度。要求节点数目可以变化，写出程序。 解析： ⑴列出描述问题的微分方程和定解条件。 22 220t t x y ??+=??；对于离散化的问题，其微分方程根据热平衡原理得到：

传热膜系数实验报告

化工原理实验报告 实验三 传热膜系数测定实验 实验日期：2015年12月30日 班级： 学生姓名： 学号： 同组人： 报告摘要 本实验选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等组成的自动化程度较高的装置，让空气走内管，蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算了传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m （n 取0.4），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A 和m 。 二、 目的及任务 1.掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2.通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3.了解工程上强化传热的措施。 三、基本原理 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关 系式的一般形式为：p n m Gr A Nu Pr Re 对于强制湍流而言。Gr 数可忽略，即

n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m 、n 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4(流体被加热)。这样，上式即变为单变量方程，在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值带入方程中，则可得系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定人为性。而用最小二乘法回归，可得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能的道道A 、m 、n 。 对于方程的关联，首先要有Nu 、Re 、Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 μρ du = Re ， λμ Cp = Pr ， λαd Nu = 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度(空气进、出口温度的算数平均值)计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。 牛顿冷却定律为 Q=αA △t m 式中α——传热膜系数，W/(m 2.℃)；

气—气传热综合实验操作讲义

深对其概念和影响因素的理解，并应用线性回归分析方法，确定关联式 Nu = A * Re * Pr 实验研究，测定其准数关联式 Nu = B * Re 中常数 B 、m 的值和强化比 Nu / Nu 0 ，了解强化 ② 对α i 的实验数据进行线性回归，求关联式 Nu=ARe Pr 中常数 A 、m 的值。 ② 对α i 的实验数据进行线性回归，求关联式 Nu=BRe 中常数 B 、m 的值。 气—气传热综合实验讲义 一、 实验目的： 1． 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数 α i 的测定方法，加 m 0.4 中常数 A 、m 的值； 2． 通过对管程内部插有螺旋线圈和采用螺旋扁管为内管的空气—水蒸气强化套管换热器的 m 传热的基本理论和基本方式； 3． 了解套管换热器的管内压降 ?p 和 Nu 之间的关系； 二、 实验内容： 实验一： ① 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的对流传热系数α i 。 m 0.4 ③ 测定 5~6 个不同流速下简单套管换热器的管内压降 ?p 1。 实验二： ① 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的对流传热系数α i 。 m ③ 测定 5~6 个不同流速下强化套管换热器的管内压降 ?p 2 。并在同一坐标系下绘制普通管 ?p 1 ~Nu 与强化管 ?p 2 ~Nu 的关系曲线。比较实验结果。 ④ 同一流量下，按实验一所得准数关联式求得 Nu 0，计算传热强化比 Nu/Nu 0。 三、 实验原理 实验一 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 1. 对流传热系数α i 的测定 对流传热系数α i 可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。

计算传热学-传热基本原理及其有限元应用

1. 传热学的发展概述 18世纪30年代首先从英国开始的工业革命促进了生产力的空前发展。生产力的发展为自然科学的发展成长开辟了广阔的道路。传热学这一门学科就是在这种大背景下发展成长起来的。导热和对流两种基本热量传递方式早为人们所认识，第三种热量传递方式则是在1803年发现了红外线才确认的，它就是热辐射方式。在批判“热素说”确认热是一种运动的过程中，科学史上的两个著名实验起着关键作用。其一是1798年伦福特(B ．T ．Rumford)钻炮筒大量发热的实验，其二是 1799年戴维(H ．Davy)两块冰块摩擦生热化为水的实验。确认热来源于物体本身内部的运动开辟了探求导热规律的途径。1804年毕渥根据实验提出了一个公式，认为每单位时间通过每单位面积的导热热量正比例于两侧表面温差，反比例于壁厚，比例系数是材料的物理性质。傅里叶于1822年发表了他的著名论著“热的解析理论”，成功地完成了创建导热理论的任务。他提出的导热定律正确概括了导热实验的结果，现称为傅里叶定律，奠定了导热理论的基础。他从傅里叶定律和能量守恒定律推出的导热微分方程是导热问题正确的数学描写，成为求解大多数工程导热问题的出发点。他所提出的采用无穷级数表示理论解的方法开辟了数学求解的新途径。傅里叶被公认为导热理论的奠基人。在傅里叶之后，导热理论求解的领域不断扩大。同样，自1823年M. Navier 提出流动方程以来，通过1845 年 G.G. Stokes 的改进，完成了流体流动基本方程的创建任务。流体流动理论是更加复杂的对流换热理论的必要前提，1909和1915年W. Nusselt 开辟了在无量纲数原则关系正确指导下，通过实验研究对流换热问题的一种基本方法。1904 年，L. Prandtl 提出的对流边界层理论使流动微分方程得到了简化，1921年 E. Pohlhausen 基于流动边界层理论引进了热边界层的概念，为对流传热微分方程的理论求解建立了基础。在辐射传热研究方面，19世纪J. Stefan 根据实验确定了黑体辐射力正比于它的绝对温度的四次方的规律，1900年M.Planck 提出的量子假说奠定了热辐射传热理论基础。上述传热理论为传热分析解析、数值以及实验研究奠定了理论基础。还要特别提到的是，由于计算机的迅速发展，用数值方法对传热问题的分析研究取得了重大进展，在20世纪70年代已经形成一个新兴分支—数值传热学。近年来，数值传热学得到了蓬勃的发展[2-4]。 2. 传热分析计算理论 热量传递主要有三种传递形式，分别是热传导、热对流和热辐射。热传导是指两个相互接触良好的物体之间的能量交换或一个物体由于其自身温度梯度而 引起的内部能量的传递。其遵循傅里叶定律[5]：dT q dx λ=-，其中λ是热导率， dT dx 是温度梯度，q 是热流密度。热对流是指在物体与其周围介质之间发生的热量交换。热对流分为自然对流和强制对流，用牛顿冷却方程描述为()w f q h t t =-，其中h 为表面传热系数，w t 为物体表面的温度，f t 为物体周围流体的温度。一个 物体或两个物体之间通过电磁波形式进行的能量传递交换称为热辐射，通常由斯

套管换热器传热实验实验报告数据处理

套管换热器传热实验实验报告数据处理 我们组做的是实验I : 1， Q=m s1c 1 △t 1 求K 得先求Q Q=m s 1C 1△t 1 ,其中，C 1=所以得先求m s 1 , C 1， △t 1, ◇ 1m s1 =V s1 ρ 要得求V s1，V s1=u 1A ，V s1 =C 0A 0ρρρ/o (2）-gR C 0为空流系数，C 0=0.855,A 0为空口面积，A 0的计算方法如下：A 0 =π4 d 02 , d 0=20.32 mm,故 A 0= π4 ×（20.32 1000 ）2=3.243293×10-4 m 2 R 为压计差读数 A=π4 d 2 ,d 为内管内径=20mm ， 用内插法求解空气密度 ρ 值 这样求得m s 1， ◇ 2 C 1 的求法为先查表的相近温度下空气的C 值，然后用内插法求得对应平均温 度对应的的C 1值 ◇ 3 求△t 1= t △ t 1 ,= t = t 1 + t 2 2 t 1 为进口温度 t 2 为出口温度 进口温度t 1的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式求[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=得

Et ，再由852.4901004.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 1值 出口温度t 2的求解方法 由热电偶中的电位Vt ，按照公式[]2 000000402.00394645.0t t V E t t ++=求得 Et ，再由852.49010 04.810608.1105574.15 43-??+?=---t E t 求得t 2值 由以上步骤求出 Q 2 ，由Q=KA △t m 求出K 值 K= Q A △t m Q 由第一步已经求出，A 为内管内径对应的面积，A=2π rL ,r=17.8mm=0.0178 m, A=2×3.14×0.0178×1.224=0.13682362 m 2 3 ,求Re ，Nu 流体无相变强制湍流经圆形直管与管壁稳定对流传热时，对流传热准数关联式的函数关系为： (,,)l Nu f Re Pr d = 对于空气，在实验范围内，Pr 准数基本上为一常数；当管长与管径的比值大于50 时，其值对 Nu 的影响很小；则 Nu 仅为 Re 的函数，故上述函数关系一般可以处理成： m Nu aRe = 式中，a 和 m 为待定常数。 Re=du ρ μ d=2×0.0178 m =0.0356 m , u=Vs/（π×0.01782 ）μ 和ρ用内插法，先查表 的相近温度的μ，ρ，再用线性关系计算求得。 测量空气一侧管壁的中区壁温T W ，由热电偶按前面公式求得；由下式可以计算空气与管壁

化工原理实验传热实验报告

传热膜系数测定实验（第四组） 一、实验目的 1、了解套管换热器的结构和壁温的测量方法 2、了解影响给热系数的因素和强化传热的途径 3、体会计算机采集与控制软件对提高实验效率的作用 4、学会给热系数的实验测定和数据处理方法 二、实验内容 1、测定空气在圆管内作强制湍流时的给热系数α1 2、测定加入静态混合器后空气的强制湍流给热系数α1’ 3、回归α1和α1’联式4 .0Pr Re ??=a A Nu 中的参数A 、a *4、测定两个条件下铜管内空气的能量损失 二、实验原理 间壁式传热过程是由热流体对固体壁面的对流传热，固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热三个传热过程所组成。由于过程复杂，影响因素多，机理不清楚，所以采用量纲分析法来确定给热系数。 1）寻找影响因素 物性：ρ，μ ，λ，c p 设备特征尺寸：l 操作：u ，βgΔT 则：α=f （ρ，μ，λ，c p ，l ，u ，βgΔT ） 2）量纲分析 ρ[ML -3]，μ[ML -1 T -1]，λ[ML T -3 Q -1]，c p [L 2 T -2 Q -1]，l [L] ，u [LT -1]， βg ΔT [L T -2]， α[MT -3 Q -1]] 3）选基本变量（独立，含M ，L ，T ，Q-热力学温度） ρ，l ，μ, λ 4）无量纲化非基本变量 α：Nu ＝αl/λ u: Re ＝ρlu/μ c p : Pr ＝c p μ/λ βgΔT : Gr ＝βgΔT l 3ρ2/μ2 5）原函数无量纲化 ??? ? ???=223,,μρβλμμρλαtl g c lu F l p 6）实验 Nu ＝ARe a Pr b Gr c 强制对流圆管内表面加热：Nu ＝ARe a 圆管传热基本方程： m t A K t T t T t T t T A K Q ???=-----?=111 22112211 1ln ) ()( 热量衡算方程： )()(12322111t t c q T T c q Q p m p m -=-= 圆管传热牛顿冷却定律： 2 2112211 22211221121 1ln ) ()(ln )()(w w w w w w w w T T T T T T T T A t t t t t t t t A Q -----?=-----?=αα 圆筒壁传导热流量：)] /()ln[)()()/ln(11221122121 2w w w w w w w w t T t T t T t T A A A A Q -----?-?=δλ 空气流量由孔板流量测量：54 .02.26P q v ??= [m 3h -1，kPa] 空气的定性温度：t=(t 1+t 2)/2 [℃]

传热实验实验报告

一、 实验名称： 传热实验 二、实验目的： 1.熟悉套管换热器的结构； 2.测定出K 、α，整理出e R N -u 的关系式，求出m A 、. 三、实验原理： 本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。 套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。 传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[2m k m W t A q K m ???= (1) 传热实验

图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○ 1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3/s] V h ——空气流量[m 3/h] ρ——空气密度[kg/m 3 ]，以下式计算： ]/)[273(4645.031 m kg t R p P a ++=ρ （3） Pa ——大气压[mmHg] Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃] Cp ——空气比热[K kg J ?/]，查表或用下式计算： ]/[04.01009K kg J t C m p ?+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃] ②传热平均面积A m ：

][2m L d A m m π= （5） 式中：d m =传热管平均直径[m] L —传热管有效长度[m ] ③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算： T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=?-=? 2 1 2 1ln t t t t t m ???-?= ? (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃] 2、传热膜系数（给热系数）及其关联式 空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示： n r m e P AR Nu = （7） 式中：N u ——努塞尔特准数 R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数 A ——系数，经验值为0.023

传热实验报告

传热膜系数测定实验 实验日期：2010/12/9 班级: 姓名： 学号: 同组人: 实验装置：

一.报告摘要 本实验以套管式换热器为研究对象，并用常压下100℃的水蒸汽冷凝空气来测定传热膜系数，通过实验掌握传热膜系数及传热系数的测定方法，并确定传热膜系数准数关系式中的系数及分析影响传热膜系数的因素。 关键词：传热膜系数α，传热系数K ，努赛尔数Nu ，雷诺数Re ，普朗特准数Pr 二.目的及任务 1. 掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2. 通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 的方法； 3. 通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素。 三.基本原理 对流传热的核心问题是求算传热系数α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为 p n m Gr A Nu Pr Re = 对于强制湍流而言，Gr 数可忽略，即 n m A Nu Pr Re = 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关系式中的指数m 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4.0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即 m Nu A Re Pr 4.0= 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用计算机辅助手段，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A,m,n 。 对于方程的关联，首先要有Nu,Re,Pr 的数据组。其特征数定义式分别为 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 的值。 牛顿冷却定律为 m t A Q ?=α 式中α——传热膜系数，W/(m 2·℃)； Q ——传热量，W ； A ——总传热面积，m 2；

换热器综合实验报告

实验四换热器综合实验报告 一、实验原理 换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用的均是间壁式换热器，热量通过 固体壁面由热流体传递给冷流体，包括：套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器。针对上述三种换热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器、板式换热器和管壳式换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡温度等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。 传热过程中传递的热量正比于冷、热流体间的温差及传热面积，即Q = KAΔT （1） 式中：A—传热面积，m2 （1）套管式换热器：0.45m2 （2）板式换热器：0.65m2 （3）管壳式换热器：1.05m2 电加热器：6kV ΔT—冷热流体间的平均温差，℃ K—换热器的传热系数，W/(m·℃) Q—冷热流体间单位时间交换的热量，W.冷热流体间的平均温差ΔT 常采用对数平均温差。对于工业上常用的顺流和逆流换热器，对数平均温差由下式计算 除了顺流和逆流按公式（2）计算平均温差以外，其他流动形式的对数平均温差，都可 以由假想的逆流工况对数平均温差乘上一个修正系数得到。修正系数的值可以由各种传热学书上或换热器手册上查得。 换热器实验的主要任务是测定传热系数K。实验时，由恒温热水箱中出来的热水经水泵

和转子流量计后进入实验换热器内管。在热水进出换热器处分别用热电阻测量水温。从换热 器内管出来的已被冷却的热水仍然回到热水箱中，经再加热供循环使用。冷却水由冷水箱经 水泵、转子流量计后进入换热器套管，在套管中被加热后的冷却水排向外界，一般不再循环 使用。套管外包有保温层，以尽量减少向外界的散热损失。冷却水进出口温度用热电阻测量。 通常希望冷热侧热平衡误差小于3%。 实验中待各项温度达到稳定工况时，测出冷、热流体进出口的温度和冷、热流体的流量， 就可以由下式计算通过换热面的总传热量 根据计算得到的传热量、对数平均温差及已知的换热面积，便可由公式（1）计算出传热系数K 。 换热器类型 方式 热进温度 热出温度 冷进温度 冷出温度 热流体流量 冷流体流量 板式 顺流 57.1 43.5 22.8 31.8 78 72 逆流 56.5 35.9 23.1 33.1 76 72 套管式 顺流 57.6 40.7 22.5 31.6 72 78 逆流 56.8 35.2 22.1 33 72 64 管壳式 顺流 57.1 40.5 22.5 31.3 76 72 逆流 57.2 41.1 22.6 32 74 65 计算传热系数K 和换热器效率 TA Q K ?=

化工原理 传热综合实验报告 数据处理

化工原理 传热综合实验报告 数据处理 七、实验数据处理 1.蒸汽冷凝与冷空气之间总传热系数K 的测定，并比较冷空气以不同流速u 流过圆形直管时，总传热系数K 的变化。 实验时蒸汽压力：0.04MPa （表压力），查表得蒸汽温度T=109.4℃。实验装置所用紫铜管的规格162mm mm φ?、 1.2l m =，求得紫铜管的外表面积 200.010.060318576281.o S d l m m m ππ=??=??=。 根据2 4s s V V u A d π= =、0.012d m =，得到流速u ，见下表2： 表2 流速数据 取冷空气进、出口温度的算术平均值作为冷空气的平均温度，查得冷空气在不同温度下的比热容p c 、黏度μ、热传导系数λ、密度ρ，如下表3所示： 表3 查得的数据 t 进/℃ t 出/℃ t 平均/℃ ()p c J kg ????? ℃ Pa s μ? ()W m λ?????℃ ()3 kg m ρ-? 22.1 77.3 49.7 1005 0.0000196 0.0283 1.093 24.3 80.9 52.6 1005 0.0000197 0.02851 1.0831 26.3 82.7 54.5 1005 0.0000198 0.02865 1.0765 27.8 83 55.4 1005 0.0000198 0.02872 1.0765 29.9 83.6 56.75 1005 0.0000199 0.02879 1.0699 31.8 83.7 57.75 1005 0.00002 0.02886 1.0666 33.7 83.8 58.75 1005 0.0000200 0.02893 1.0633 35.6 84 59.8 1005 0.0000201 0.029 1.06 根据公式()()=V s p s p Q m c t t c t t ρ=--出进出进、 ()()ln m T t T t t T t T t ---?=--进出进出 ， 求出Q 序号 ()31s V m h -? ()1u m s -? 1 2.5 6.140237107 2 5 12.28047421 3 7.5 18.42071132 4 10 24.56094843 5 12.5 30.70118553 6 15 36.84142264 7 17.5 42.98165975 8 20 49.12189685