对流传热系数测定实验课件.ppt

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1、对流传热系数测定实验对流传热概述根据热力学第二定律，凡是存在温度差的地方就会发生热量传递，并导致热量自发地从高温处向低温处传递，这一过程称为热量传递过程，简称传热。热量传递过程分为稳态过程与非稳态过程两大类。热量传递有三种基本方式：热传导、对流和热辐射。在化工生产中传热的应用主要是两个方面：1.强化传热：为了使物料达到操作温度的要求进行的加热或冷却，希望热量以所期望的速率进行传递；2.削弱传热：为了使物料或设备减少热量散失，而对管道或设备进行保温或保冷。对流传热的概念在工业生产中，传热过程基本方式：1.直接接触式传热2.间壁式传热：是一种常用的换热设备，如

2、列管式换热器。其热流体借助于传热壁面，将热量传递给冷流体。3.蓄热式传热。（图例）影响换热器传热速率的参数有：传热面积、平均温度和传热系数。对流传热的概念不同温度的流体各部分之间，或流体与固体壁面之间作整体相对位移时所发生的热量传递过程，称为对流传热。影响对流传热的因素：（1）流体的相态变化；（2）引起流动的原因(强制对流传热和自然对流传热)；（3）流体的流动型态(层流和湍流)；（4）流体的物理性质(包括流体的比热容、导热系数、密度和黏度等）；（5）传热面的几何因素(传热面的形状、大小等）。对流传热分类：流体流动排布型式1.逆流型式2.并流型式3.错流型式

3、4.折流型式逆流型式并流型式错流型式折流型式实验目的1.通过实验掌握总传热系数K及对流传热系数α的测定方法，并分析影响因素；2.学习如何用实验方法求出描述过程规律的经验公式,并检验通用的对流传热系数的准数关联式或；3.通过实验提高对关联式的理解，进一步了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径；4.掌握测温热电偶的使用方法。实验原理根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Ｑ以及各有关温度，即可算出Ｋ和α等。间壁式换热装置对于间壁式传热过程，可以将其看成是由下述三个传热子过程串联而成：（1）热流体与固体壁

4、面之间的对流传热过程；（2）热量通过固体壁面的热传导过程；（3）固体壁面与冷流体之间的对流传热过程。1.计算热负荷（热流量）Ｑ热量衡算方程式：式中：qc---空气的体积流量（m3/h）；ρc---空气的密度（kg/m3);ＣPc---空气的定压比热容（J/(kg·K））或（J/(kg·℃)）；t1---空气进换热器的温度（K或℃）；t2---空气出换热器的温度（K或℃）。通过测定qc、t1、t2可计算出Q。2.计算总传热系数Ｋ由传热基本方程式得：式中：Ｋ---基于管内表面积的总传热系数（W/(m2·℃)）；A---换热管内表面积（m2）；∆tm---换热器

5、冷热流体的对数平均温差。其中：3.计算对流传热系数α依据牛顿冷却定律：式中：αc、αh---分别为冷、热流体的平均对流传热系数（W/(m2·℃)）；Ac、Ah---分别为冷、热流体的传热面积，即与流体接触的壁面积（m2）；∆tmc、∆tmh---分别为冷、热流体与壁面（或反之）间温差的平均值（℃）。或其中：管内强制对流传热当流体在圆形直管内作强制对流传热时，研究表明，Nu与Pr和Re之间存在如图3--1所示的关系。图3-1流动状况与对流传热系数的关系由图可见：管内强制对流存在三个不同的区域：当Re<2300时，流体的流动为层流状态；当Re>10000时，流

6、体的流动为完全湍流状态；一般认为2300

7、的其他适用的条件为：Re=1.0×104~1.2×105，Pr=0.7~120,管长与管内径之比l/d≥60。所采用的特征长度为管内径d，定性温度为流体的平均温度（即管道进、出口截面平均温度的算术平均值）。当温差超过推荐的温差范围或对于黏度较高的液体，由于管壁温度与流体的主体温度不同而引起壁面附近与流体主体处黏度相差较大，如果采用迪图斯--贝尔特公式，则计算的误差较大，因此可采用齐德-泰特公式进行计算，即式中的特征长度为管内径d；定性温度为流体的平均温度；μw表示是以管壁温度选取的流体黏度。上式适用范围：Re≥104；Pr=0.7~16700，管长与管内径

8、之比l/d≥60。当液体被加热时，取当液体被冷却时，取对于短管（管