第5章 对流传热理论与计算-4-实验研究法PPT.ppt

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 无量纲化的能量方程 二 确定相似特征数的方法 二 确定相似特征数的方法 无量纲的对流传热微分方程组： 二 确定相似特征数的方法 由连续性方程和动量方程解得： 二 确定相似特征数的方法 将其代入到换热微分方程式 无量纲化的能量方程 二 确定相似特征数的方法 平均表面传热系数： 二 确定相似特征数的方法 Nusselt数 特征数方程 努谢尔（Nusselt 1882-1957） ☆德国著名物理学家。 ☆1907年，在慕尼黑高等工业学校获得博士学位 ☆从1907年至1909年，开始了管道中热量和动力传递的研究。 ☆1913-1917年期间在德曼斯登高等工业学校任教。 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 Nu 数是对流传热问题中非常重要的无量纲数 分析表明：特征数方程适用于大多数的受迫对流传热过程 ——受迫对流传热的准则方程式 二 确定相似特征数的方法 特征数方程式的意义：找到了影响表面传热系数的无量纲数，非常有利于实验 准则方程式具体的表达式需要通过实验确定 待定准则和已定准则 ——Nu 数中含有未知的表面传热系数，称为待定准则 ——Re 数和 Pr 数是由单值性条件中给出的物理量组成的准则，称为已定准则 二 确定相似特征数的方法 Nu数的物理意义 ——壁面处的无量纲温度梯度，其大小决定了对流传热的强弱 ——同一温差下，对流热流密度与设想通过厚度为L的流体层的导热热流密度之比 二 确定相似特征数的方法 （1）物理意义不同 （2）表达式中的导热系数不同 （3）特征尺寸不同 （4）h的含义不同 努塞尔数Nu与毕渥数Bi的区别 （1）物理意义不同 Bi数—第三类边界条件下的固体导热热阻与边界处的对流传热热阻之比 Nu数—壁面处的无量纲温度梯度 （2）Bi数中h给定；Nu数中的h待求 （3）Bi数中的λ是固体材料的；Nu数中的λ是液体的 （4）Bi数中l的反映固体导热温度场几何特征的尺度； Nu数l中的反映对流传热固体边界几何特征的尺度 三 确定特征数试验关联式的步骤与方法 1 实验步骤 1.1 确定过程的特征数 （1）简化假设，建立物理模型 （2）建立数学模型（对流传热微分方程组和单值性条件） （3）得到特征数，确定已定特征数和待定特征数 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 上节课 流动边界层理论小结 (1) ? L (3) 边界层的厚度随着流体沿平板的流动而增加 (4) 边界层流态：层流与湍流 湍流边界层：粘性底层(层流底层)、缓冲层、湍流核心 (2) 流场 ——边界层区：速度梯度大，粘性流体，适用N-S方程 ——与主流区：等速区，理想流体，适用伯努利方程 上节课 上节课 Tw （1）热边界层区和主流区 ——热边界层区：温度变化非常剧烈 ——主流区：等温流动区域 （2）热边界层厚度是一个小量 （3）热边界层厚度沿流动方向也不断增加 （4）热边界层内的传热机理取决于层内的流动状态 利用Pr数可以定性地判断两类边界层厚度的相对大小 上节课 Pr数是无量纲的物性参数 物理意义—动量扩散能力与热量扩散能力之比 流动入口段、换热入口段 流动充分发展、换热充分发展 §5-4 特征数实验关联式的确定 实验研究仍然是目前研究复杂对流传热问题的可靠方法 实验目的：确定表面传热系数的计算关联式 直接进行实验时的问题： ——实际物体太大无法进行 ——实际物体可能还没设计出来 原型 实验通常是在实验室中进行的 模型 问题1： ——实验室中模型的结果能否代表实际的原型？ 需要相关的理论支持 问题2： ——常规实验方法存在的问题？ 常规实验的做法： ——找出过程的所有可能影响因素 ——通过实验依次确定各因素的影响关系 若每个参数