第5章 对流传热理论与计算-4-实验研究法_.ppt

上节课;;上节课;利用Pr数可以定性地判断两类边界层厚度的相对大小;流动入口段、换热入口段 流动充分发展、换热充分发展;层流边界层对流传热微分方程组：;若每个参数变化5次，则将测量56＝15625次实验;一 相似理论上的要求 ;一 相似理论上的要求 ;相似第一定理： 彼此相似的物理现象，同名的相似特征数相等 ——现象相似的基本性质 对某一特征数：代表一组相似的物理现象，几个甚至无穷多个;相似第二定理： 由微分方程获得的特征数与由微分方程的解得到的特征数完全一致 ——描述物理现象的数学模型中的各物理量可以组成若干特征数 ——解可以通过特征数间的关系式来表示 ——性质作用：对只能列出方程而无法理论求解的复杂问题，尤为重要，为实验提供了依据;相似第三定理： 凡同类现象，若同名已定特征数相等，且单值性条件相似，则这两个现象彼此相似 ——给出了判断现象相似的条件 ——已定特征数：由已知量组成的特征数 ——单值性条件：几何条件、物理条件（流体种类与性质）、边界条件、时间条件。现象相似的首要条件;相似原理的意义——对实验而言意义重大 ——进行模化实验 ——各物理参数也便于控制 ——耗资少，实验次数少，节省时间 ——实验数据处理方便 ——实验结果易于推广;相似原理的要求是严格的：模型必须与原型完全相似 ——实践中很难做到 近似模化——放弃一些次要因素 强迫对流传热为例： —对流传热中的Re数和Pr数对表面传热系数的影响程度不同，Re数的影响是主要的，Pr数的影响是次要的;实验时可用 Pr 数相近的流体代替原流体，简化实验 例如要做锅炉烟气或热空气强迫对流传热实验 ——可用常温下的空气做流体代替烟气或热空气 ——实验设备简单，设备费和实验费大大减少，操作方便 ;相似原理小结： （1）彼此相似的物理现象，同名的相似特征数相等 （2）由微分方程获得的特征数与由微分方程的解得到的特征数完全一致 （3）凡同类现象，若同名已定特征数相等，且单值性条件相似，则这两个现象彼此相似 ——特征数对相似原理而言是非常重要的，如何得到特征数呢？;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;努谢尔（Nusselt 1882-1957）;对流传热理论研究具有独创性，成为发展对流传热理论的杰出先驱 在1909年及1915年先后发表两篇论文 ——对对流传热的数学模型进行量纲分析，用因次分析方法导出对流传热的准则数 ——提出了理论解应具有的准则数之间函数关系的原则形式 结束了长期以来对流传热实验数据得不到很好整理的局面，促进了对流传热研究的发展;对流传热理论研究具有独创性，成为发展对流传热理论的杰出先驱 ——1916年发表了《蒸汽膜状凝结》一文，成为以后对流传热问题理论解的经典文献之一 ——层流入口段换热机理研究也是一个重要贡献;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;二 确定相似特征数的方法;努塞尔数Nu与毕渥数Bi的区别 ;三 确定特征数试验关联式的步骤与方法 ;1.2 实验设计与运行 （4）由特征数确定实验中待测量——直接测量、间接测量和物性值 直接测量： 几何参数－管径、板长 温度—进口温度、出口温度 电参数：电流、电压;1.2 实验设计与运行 （4）由特征数确定实验中待测量——直接测量、间接测量和物性值 间接测量： 换热量测定－测出电流和电压即可 速度－根据流量、流动截面积可以求出 物性参数——选定某参考温度查取;（5）拟定测量的物理量的变化范围和测点分布 （6）设计、制造、安装并调试实验系统，以达到实验要求 （7）按实验程序进行试验，并记录各原始数据 1.3 实验数据处理 （8）将原始数据整理成各实验点相关的特征数 （9）采用恰当的方法处理试验数据，得到特征数的实验关联式，注明关联式适用范围 ;2 实验数据的处理 ;幂函数的优点： ——可很好地拟合数据 ——在双对数坐标图中，幂函数曲线是直线 缺点： ——适用范围狭窄;图解法的做法：;曲线斜率：Re 数中的指数n 为更准确，取四条曲线斜率的平均值;以lgPr为横??标，lg(NuRe-n)为纵坐标，再作图 斜率为指数m，纵轴截距为lgc;斜率为指数m，