传热学-第6章-单相对流传热的实验关联式

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1、第6章单相对流传热的实验关联式传热学第6章单相对流传热的实验关联式内容要求：相似原理与量纲分析；相似原理的应用；内部强制对流的实验关联式；外部强制对流传热；大空间与有限空间内自然对流换热。6-1相似原理与量纲分析6.1.1物理量相似的定义1.几何相似：几何体的各对应边成比例。a’b’c’a’’b’’c’’2.时间相似：过程进行的对应时间间隔成比例。ττ充要条件3.物理量相似：物理量场一般指速度场，温度场，导热系数场，密度场等。物理量相似是指两现象在空间相似的前提下，各对应参量在空间的对应点和时间的对应间隔上互成比例。速度场：物

2、理常量场：温度场：6.1.2相似原理从事模型实验研究，需要解决三个问题：实验研究应当测量哪些参量？如何对测量的数据进行加工和整理？如何作到模型现象和原型相似？相似三定理可回答（相似原理的核心内容）：物理现象相似的性质；相似准数间的关系；判断相似的充分必要条件。1.相似第一定理（相似物理现象间的重要特征）彼此相似的现象，它们的同名相似特征数必定对应相等。相似现象的性质：相似现象必属同类现象，可用形式和内容完全相同的微分方程式所描述；相似现象必定发生在几何相似的空间；用来表征现象的对应物理量场相似；各相似倍数间具有约束关系。对非稳

3、态问题，要求在相应的时刻各物理量的空间分布相似。举例以对流传热为例，说明相似的性质及特征数的导出：对流换热现象A和B相似。根据换热微分方程：现象A：现象B：对应的物理量场应相似：因此：——表示了相似倍数间的关系。或可表示为：即：相似分析法努塞尔特准数：定义：物理意义：对流换热的强弱。换热现象相似：λ,l,h的不同含义。雷诺数：定义：物理意义：流体流动的惯性力和粘性力的相对大小。两运动相似现象：动量微分方程准数小结普朗特准数：定义：物理意义：流体动量扩散能力和热量扩散能力的相对大小。贝克来准数：定义：两热量传递现象相似：又有：能

4、量微分方程格拉晓夫准数：定义：物理意义：浮升力和粘性力的相对大小；反映了自然对流换热的强弱。研究对流换热问题常用准数：测量相关准数中所包含的各物理量。动量微分方程2.相似第二定理（同类现象相似特征数及其关系）所有相似的物理现象的解必定可用同一个特征数方程来描述。稳态无相变的对流换热问题：湍流强迫对流换热：空气的强迫对流换热：待定准数已定准数层流，过渡区的强迫对流换热问题：自然对流换热问题：3.相似第三定理（两现象相似的充要条件）凡同类现象，若同名已定特征数相等，且单值性条件相似，那么这两个现象一定相似。6.2相似原理的应用实验

5、研究的目的：确定特征数方程的具体函数关系，即待定特征数与已定特征数之间的关系。6.2.1应用相似原理指导实验的安排和实验数据的整理实验的安排模型中进行的对流换热过程必须满足物理现象相似的3个条件：模型是与原型同类的对流换热过程模型的单值性条件必须与原型相似已定特征数必须与原型相等2.实验数据的测量和整理特征数方程的常用形式—整理成幂函数形式对无相变单相流体的强迫对流换热：对空气的强迫对流换热：实验确定：Ｃ，ｎ，ｍ。实验确定：Ｃ，ｎ。举例对空气管内强迫对流换热：..........实验数据的测量和整理两边取对数：建立对数坐标，整

6、理实验数据，确定：n:对数图上直线斜率；lgc:对数图上直线在纵坐标轴上截距。方法：举例管内湍流强迫对流换热：确定：特征数关联式：对无相变单相流体的强迫对流换热：方法：（1）用Pr不同的流体在相同Re下进行实验，确定m值。或直接采用前人通过理论分析或实验研究得到的数据：层流m=1/3，湍流m=0.4或其他数值。（2）再用同一种流体在不同Re下进行实验，确定c和n的数值。3.特征数方程的适用范围通过对流传热模型实验所得到的特征数方程适用于与模型相似的所有对流传热过程。使用特征数方程时注意3个问题：特征长度按规定方式选取特征速度按

7、规定方式选取定性温度按规定方式选取特征数方程不能任意推广到该方程实验参数的范围以外。参数范围主要有Re，Pr以及几何参数。例　题1.一换热设备的工作条件是：壁温tw=120℃，加热80℃的空气，空气流速0.5m/s。采用一个全盘缩小成原设备1/5的模型来研究它的换热情况。在模型中亦对空气加热，空气温度为10℃，壁温tw’=30。试问模型中流速u’应多大才能保证与原设备中的换热现象相似。2.如果用特征长度为原型1/3的模型来模拟原型中速度为6m/s，温度为200℃的空气强迫对流换热，模型中空气的温度为20℃。试问模型中空气的速度

8、为多少？如果测得模型中对流换热的平均表面传热系数为200W/(m2K）。求原型中的平均表面传热系数值。例　题对流传热实验关联式目前对流传热的工程技术设计大多依靠从实验建立的计算公式（实验关联式）。对流传热问题：内部强迫对流传热；外部强制对流换热；自然对流换热；沸腾换热和凝结换