传热系数与给热系数.doc

传热系数K和给热系数α的测定

实验目的

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；

掌握借助于热电偶测量壁温的方法；

学会给热系数测定的试验数据处理方法；

了解影响给热系数的因素和强化传热的途径。

基本原理

１．传热系数K的理论研究

图1传热过程示意图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

图1传热过程示意图

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）

而对流给热所传递的热量，对于冷、热流体均可由牛顿冷却定律表示

Q=（2）

或Q=（3）

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）

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

（6）

＝（7）

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π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）

要研究上式的因果关系，尚有π=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热的途径。

当＞＞时，，反之当＜＜时，。欲提高设法强化给热系数小的一侧，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，

(9)

改变的简单方法是改变阀门的开度，这就是实验研究的操作变量。同时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：

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，π定理告诉我们，π=７－４＝３个无因次数群，即：

(10)

经无因次处理，得：

(11)

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：

式中：。

２．传热系数K和α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

KAtm=WcρcCpc(t2-t1)(12)

其中(13)

(14)

其中：(15)

(16)

---------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、t2---------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。

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

先开蒸汽加热开关,再开气源和空气转子流量计。

打开不凝性气体放气阀，“开-关”重复三次。

整个实验操作控制蒸汽压力恒定在0.05Mpa以下某一