大温差管内对流换热本科毕业论文.doc

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1、目录1管内对流换热简介11.1对流换热（convectiveheattransfer）的定义：11.2.1流体流动的起因11.2.2流体有无相变11.2.3流体的流动状态11.2.4换热表面的几何因素11.2.5流体的物理性质11.3对流换热现象的分类11.3.1层流11.3.2湍流11.4对流换热的特点21.5对流换热的研究方法21.5.1实验法（本实验所采用的）21.5.2数学分析解法21.5.3比拟法31.5.4数值分析解法31.6大温差管内对流的现今成果32大温差管内对流换热性能实验方案设计42.1实验方案设计42.

2、2实验步骤43大温差管内对流换热性能实验台搭建53.1实验设备：53.1.1上海意丰电炉有限公司：管式电阻炉53.1.2电阻炉温度控制器KSL系列53.1.3温度测量软件:63.1.4热电偶：K型铠装热电偶83.1.5测试铁管103.2设备的连接方法114大温差管内对流换热性能实验过程及数据124.1实验的具体过程124.2数据的图片124.3数据的表格175大温差管内对流换热性能实验结果分析275.1对流换热的传热系数的计算275.2雷诺数的计算275.3普朗特数的计算285.4努塞尔数的计算:296总结32参考文献33致

3、谢34大温差管内对流换热徐亮材料与能源学院1管内对流换热简介1.1对流换热（convectiveheattransfer）的定义：流体与温度不同的物体表面接触时，对流和导热联合起作用的传热。对流换热是在流体流动进程中发生的热量传递现象，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。当流体作层流流动时，在垂直于流体流动方向上的热量传递，主要以热传导（亦有较弱的自然对流）的方式进行。对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式。换热量（牛顿冷却公式）式中：A为接触面的面积；h为表面传热系数；为换

4、热面A上流体与固体表面的平均温差。1.2对流换热的影响因素：1.2.1流体流动的起因由于流动起因的不同，对流换热可分为强制对流换热和自然对流换热两大类。强制对流换热是由于如泵，风机等外部设备提供动力所造成的，而后者通常是由于流体本身内部的密度差所引起的。本实验是属于前者，有风机提供外部动力。1.2.2流体有无相变无相变：流体在对流换热过程中的热量是与显热方式变化；有相变：流体在换热过程中有如沸腾或者是冷凝等形式出现，而且其相变主要是以潜热方式释放或吸收，显热只是占其中很少部分。本实验流体为空气，因此不存在相变。1.2.3流体

5、的流动状态1.2.4换热表面的几何因素1.2.5流体的物理性质1.3对流换热现象的分类1.3.1层流层流（Laminarflow）：流体微团沿着主流方向作有规律的分层流通，整个流场呈一簇互相平行的流线，其一般判断依据是雷诺数Re少于2300。1.3.2湍流湍流（Turbulentflow）：流体质点做复杂无规则的运动，流体各个部分之间发生剧烈的混合，其一般判断依据是雷诺数Re大于10000是，为旺盛湍流。331.1对流换热的特点导热与热对流同时存在的复杂热传递过程；必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差。1.2

6、对流换热的研究方法1.2.1实验法（本实验所采用的）通过实验求出h与诸影响因素之间的定量关系式。实验求解法是处理工程实际中复杂的对流换热问题的重要手段，也是其他求解方法的检验标准。实验求解法是在相似理论的指导下，对求解的问题进行相似分析，求出与问题有关的无量纲数（由相应的物理参数组成）。每个无量纲数都具有一定的物理意义。与对流换热有关的最常见的无量纲数包括：㈠努塞尔数Nu=hl/k,式中l为特征长度,h为传热系数,k为固体的热导率。它反映换热表面的温度梯度㈡雷诺数Re＝vl/v，式中v和v分别为流速的特征速度和运动粘度。它反

7、映粘性对流动的影响；㈢格拉晓夫数式中γ、g和Δt分别为流体的体积膨胀系数、重力加速度和固体表面与流体之间的温度差。它反映浮升力对流动的影响㈣普朗特数式中cp为定压比热容；η为动力粘度。它反映流体物性对流动中换热的影响。从数学上可以证明，任何物理量之间的关系都可以转换成相应的无量纲数之间的关系。因此传热系数h与其影响因素之间的关系可以表示成Nu与其他无量纲数之间的关系:对于受迫对流换热Nu＝f(Re，Pr)；对于自然对流换热Nu＝f(Gr,Pr)。在这种关系式中，作为独立变量的数目大大减少，有利于实验数据的综合整理。在实验求解

8、时，可以根据相似规律或改变模型尺寸，或更换流体种类进行研究。这种实验称为模化实验。1.2.2数学分析解法利用数学分析的方法直接求解微分方程组。由于方程组很复杂，这种方法只能求解极个别非常简单的对流换热问题（如光滑钢管内层流流动时的对流换热），尚难用于求解复杂的实际问题。20世纪初，德国物理