5.6 对流换热的实验研究方法
对流传热实验实验报告
实验三对流传热实验一、实验目的1.掌握套管对流传热系数％的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解,应用线性回归法，确定关联式M/ = ARe m Pr04中常数M、刃的值；2.掌握对流传热系数如随雷诺准数的变化规律；3.掌握列管传热系数Ko的测定方法。
二、实验原理㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定1.对流传热系数％的测定在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。
对流传热系数匕可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定Oa, = —(1)\t x S]B式中：4•—管內流体对流传热系数，¥7(*・°C)；Q—管内传热速率，W；S：—管内换热面积，m‘；AT —内壁面与流体间的温差,JAT由下式确定：△『=几一口1 (2)M 2式中：鱼一冷流体的入口、出口温度，°C;人一壁面平均温度，°C；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用匚来表示。
管内换热面积：Sj二加，厶式中：d・一内管管内径，m；厶一传热管测量段的实际长度，叽由热量衡算式：Q 二WQ” - G其中质量流量由下式求得：w =(5)3600式中：匕一冷流体在套管內的平均体积流量，m3 / h；Cp,”一冷流体的定压比热，kJ / (kg・°C)；九一冷流体的密度，kg /m'oC/h和几，可根据定性温度&查得，口=上仝为冷流体进出口平均温度。
2乩±2,兀，匕可采取一定的测量手段得到。
2.对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为Nu= A Re"' Pr" . (6)其中：Nu =空Z , Re = "M*加, Pi =A “"儿"物性数据九、c%、门”、可根据定性温度乙查得。
经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：Nu = A Re'" Pr04(7)这样通过实验确定不同流量下的Re与然后用线性回归方法确定力和刃的值。
对流传热综合实验
六、思考题
1）实验中冷流体和蒸汽的相对流向对传热效果有何 影响?
2）在计算空气质量流量时所用到的密度值与求雷诺 数时的密度值是否一致？它们分别表示什么状态 下的密度，应在什么条件下进行计算。
3）实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影 响？如何及时排走冷凝水？如果采用不同压强的 蒸汽进行实验，对α关联式有何影响？
给热系数的因素和强化传热的途径。
二、基本原理
传热过程达到稳定时
T
Q m1c p1 T1 T2 m2c p2 t2 t1 1 A1 T TW M 2 A2 tW t m
KAtm
TW
tW
t
图 4－1 间壁式传热过程示意图
三、实验装置流程
图一 空气-水蒸气换热综合实验流程图
由实验数据作图拟合曲线，确定常数A及m的值；
3）以 ln Nu/Pr 0.4 为纵坐标， lnRe 为横坐标，
将处理后的实验数据标绘在图上，并与经验式比较
Nu/Pr 0.4 0.023 Re0.8
5）比较普通管和强化管的给热系数的大小； 6）比较列管换热器在冷热介质流量相同的情况下，
并流和逆流时的给热系数的大小。
4）通过不锈钢软管，将蒸汽发生器出气管和装置进 蒸汽接口连接好。打开水汽排空阀，排出上次实 验余留的冷凝水，在整个实验过程中也保持一定 开度并注意开度适中。
5）在通水蒸汽前，也应将蒸汽发生器到实验装置之 间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽 会损坏压力表及压力变送器。
6）具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门， 打开冷凝水排空阀，当听到蒸汽通过的响声时关 闭冷凝水排除阀，方可进行下一步实验。
7）开始通入蒸汽时，蒸汽进口阀的开度不可太大， 务必让蒸汽徐徐流入换热器中，使系统由“冷态”
传热方式实验对流与传导
传热方式实验对流与传导传热是热力学的重要内容，研究传热方式对流与传导不仅有助于深入了解能量传递的方式，还能为工程设计与优化提供指导。
本文将通过实验研究对流与传导的传热方式。
一、实验简介1. 实验目的本实验的目的是探究对流与传导的传热方式，并验证热传导在高温介质中的传热特性。
2. 实验器材准备好的实验器材有加热式玻璃容器、冰水槽、热敏电阻温度计、温度计、实验记录表等。
3. 实验步骤(1) 将加热式玻璃容器装满冷水，并放入冰水槽中。
(2) 在容器下方加热源，打开加热电源进行加热。
(3) 通过热敏电阻温度计和温度计记录容器内的温度随时间的变化，并记录下来。
(4) 实验结束后，整理实验数据并进行分析。
二、传热方式实验结果分析1. 对流传热通过观察记录的实验数据，我们可以发现在加热式玻璃容器中，水的温度随时间的增加而上升。
这是因为加热源引起的热量传递，使得容器内部的水分子热运动更加剧烈，从而使整个系统的温度升高。
对流传热是由于流体内部的密度差异导致的，流体受热后体积膨胀，变得轻，上浮；而冷却后体积缩小，变得重，下沉。
这种上浮和下沉的循环运动使得热量不断传递，从而实现了对流传热。
2. 传导传热在实验过程中还观察到，在加热式玻璃容器加热时，容器底部的温度比顶部温度高。
这是因为容器受热后，热量由底部向上传导。
传导传热是由于物质内部分子之间的热量传递引起的，它不需要物质之间的流动，而是通过分子之间的碰撞传递热量。
三、实验结论与应用通过本次实验，我们深入了解了对流与传导的传热方式。
对流传热是由于流体内部的密度差异导致的上浮和下沉的循环运动，而传导传热则是由于物质分子之间的碰撞传递热量。
了解传热方式对于工程设计与优化至关重要。
在设计暖气系统或空调系统时，我们需要考虑到对流传热的影响因素，比如空调的出风口位置和暖气片的设置。
在隔热设计中，我们需要考虑传导传热的因素，比如选用合适的隔热材料。
同时，我们还可以通过优化流体的流动方式，来提高传热效率。
对流传热系数实验报告
一、实验目的1. 了解对流传热的基本原理，掌握对流传热系数的测定方法。
2. 掌握牛顿冷却定律的应用，通过实验验证其对流传热系数的计算公式。
3. 分析影响对流传热系数的因素，如流体速度、温度差、流体性质等。
二、实验原理对流传热系数是指单位时间内，单位面积上流体温度差为1℃时，单位面积上传递的热量。
牛顿冷却定律描述了对流传热过程，即：Q = h A (T1 - T2)式中：Q ——传热量（W）h ——对流传热系数（W/(m²·K)）A ——传热面积（m²）T1 ——高温流体温度（℃）T2 ——低温流体温度（℃）根据牛顿冷却定律，可以通过实验测量传热量、传热面积、流体温度差，从而计算出对流传热系数。
三、实验仪器与材料1. 套管换热器2. 温度计3. 流量计4. 计时器5. 计算器6. 水和空气四、实验步骤1. 准备实验仪器，连接套管换热器、温度计、流量计等。
2. 在套管换热器内注入水，打开冷却水阀门，调节流量至预定值。
3. 在套管换热器外通入空气，调节风速至预定值。
4. 同时打开加热器和冷却水阀门，使水加热至预定温度，空气冷却至预定温度。
5. 记录开始加热和冷却的时间，观察温度变化。
6. 当温度变化稳定后，记录温度计的读数，计算温度差。
7. 关闭加热器和冷却水阀门，停止实验。
五、实验数据与处理1. 记录实验数据，包括水温度、空气温度、流量、时间等。
2. 根据牛顿冷却定律计算传热量Q：Q = m c ΔT其中，m为水的质量流量（kg/s），c为水的比热容（J/(kg·K)），ΔT为温度差（K）。
3. 计算对流传热系数h：h = Q / (A ΔT)六、实验结果与分析1. 根据实验数据，计算对流传热系数h，并与理论值进行比较。
2. 分析实验结果，探讨影响对流传热系数的因素。
3. 分析实验误差，总结实验经验。
七、结论通过对对流传热系数的测定实验，掌握了对流传热的基本原理和牛顿冷却定律的应用。
对流传热实验报告
一、实验目的1. 理解对流传热的基本原理和影响因素。
2. 掌握对流传热系数的测定方法。
3. 通过实验，验证对流传热理论，并分析实验数据。
二、实验原理对流传热是指流体（如气体或液体）在流动过程中，由于流体各部分之间的温度差异而引起的热量传递。
对流传热系数是描述对流传热能力的一个重要参数，其数值越大，对流传热能力越强。
实验中，采用套管换热器作为对流传热的实验装置，以环隙内流动的饱和水蒸汽加热管内空气。
水蒸汽和空气间的传热过程由三个传热环节组成：水蒸汽在管外壁的冷凝传热，管壁的热传导以及管内空气对管内壁的对流传热。
对流传热系数α可以通过以下公式计算：α = (Q/A) / (ΔT/L)其中，Q为管内传热速率，W；A为管内换热面积，m²；ΔT为管内流体进出口温度差，℃；L为管长，m。
三、实验器材1. 套管换热器：内管为紫铜管，外管为不锈钢管。
2. 水蒸汽发生器：用于产生饱和水蒸汽。
3. 空气压缩机：用于产生压缩空气。
4. 温度计：用于测量流体进出口温度。
5. 流量计：用于测量流体流量。
6. 计时器：用于记录实验时间。
四、实验操作（步骤）1. 将套管换热器安装在实验装置上，连接好水蒸汽发生器和空气压缩机。
2. 调节水蒸汽发生器和空气压缩机的参数，确保实验过程中流体流量稳定。
3. 测量并记录流体进出口温度、流量和管长等参数。
4. 开启水蒸汽发生器和空气压缩机，启动实验装置。
5. 在实验过程中，定时测量并记录流体进出口温度、流量和管长等参数。
6. 停止实验，整理实验数据。
五、数据记录与整理根据实验步骤，记录以下数据：1. 管内径di（m）2. 管长Li（m）3. 冷流体（空气）入口温度t1（℃）4. 冷流体（空气）出口温度t2（℃）5. 热流体（水蒸汽）温度（℃）6. 流量（m³/h）7. 时间（min）根据实验数据，计算对流传热系数α：α = (Q/A) / (ΔT/L)其中，Q为管内传热速率，W；A为管内换热面积，m²；ΔT为管内流体进出口温度差，℃；L为管长，m。
对流传热的实验分析
对流传热的实验分析导言：热传导是物质内部的热量传递方式，而对流传热则是通过流体的运动来传递热量。
对流传热在自然界和工程领域都有广泛的应用。
本文将通过对流传热的实验分析，探讨其机理和影响因素。
一、实验设备和方法在对流传热的实验中，我们通常会使用一个加热器和一个冷却器。
加热器中的流体被加热，然后通过管道流动到冷却器中，从而实现热量的传递。
为了控制实验条件，我们需要测量加热器和冷却器中的温度、流速以及热量的转移率。
二、实验结果和讨论1. 温度分布在实验中，我们可以通过在加热器和冷却器中放置温度传感器来测量温度分布。
实验结果通常显示，在加热器中，温度随着距离加热源的远离而逐渐降低；而在冷却器中，温度随着距离冷却源的接近而逐渐升高。
这是因为加热器中的热量被流体吸收，并随着流动被带到冷却器中。
2. 热传递率实验中，我们可以通过测量加热器和冷却器中的温度差来计算热传递率。
热传递率是指单位时间内传递的热量。
实验结果显示，热传递率与流体的流速成正比。
当流速增加时，热传递率也随之增加。
这是因为流体的流动可以带走更多的热量，加快热量的传递速度。
3. 流体性质实验中，我们可以通过更换不同性质的流体来研究其对对流传热的影响。
实验结果表明，流体的热导率和比热容对对流传热起着重要作用。
热导率越大的流体，其传热能力越强；而比热容越大的流体，其储热能力越强。
因此，在工程应用中，我们可以根据需要选择合适的流体来实现高效的对流传热。
4. 几何形状实验中，我们还可以通过改变加热器和冷却器的几何形状来研究其对对流传热的影响。
实验结果显示，几何形状的改变会影响流体的流动状态，从而影响热量的传递。
例如，增加管道的弯曲会增加流体的阻力，降低热传递率；而增加表面积可以增加热量的传递速度。
结论：通过对流传热的实验分析，我们可以深入了解对流传热的机理和影响因素。
实验结果表明，对流传热是一种高效的热传递方式，其传热能力可以通过流速、流体性质和几何形状等因素进行调控。
第五章对流传热分析
第五章对流换热分析通过本章的学习，读者应熟练掌握对流换热的机理及其影响因素，边界层概念及其应用，以及在相似理论指导下的实验研究方法，进一步提出针对具体换热过程的强化传热措施。
5.1 内容提要及要求5.1.1 对流换热概述1．定义及特性对流换热指流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。
在对流换热过程中，流体内部的导热与对流同时起作用。
牛顿冷却公式q h(t w t f ) 是计算对流换热量的基本公式，但它仅仅是对流换热表面传热系数h 的定义式。
研究对流换热的目的是揭示表面传热系数与影响对流换热过程相关因素之间的内在关系，并能定量计算不同形式对流换热问题的表面传热系数及对流换热量。
2．影响对流换热的因素（1）流动的起因：流体因各部分温度不同而引起密度差异所产生的流动称为自然对流，而流体因外力作用所产生的流动称为受迫对流，通常其表面传热系数较高。
（2）流动的状态：流体在壁面上流动存在着层流和紊流两种流态。
（3）流体的热物理性质：流态的热物性主要指比热容、导热系数、密度、粘度等，它们因种类、温度、压力而变化。
（4）流体的相变：冷凝和沸腾是两种最常见的相变换热。
（5）换热表面几何因素：换热表面的形状、大小、相对位置及表面粗糙度直接影响着流体和壁面之间的对流换热。
综上所述，可知表面传热系数是如下参数的函数h f u, t w , t f , , c p , ,,, l这说明表征对流换热的表面传热系数是一个复杂的过程量，不同的换热过程可能千差万别。
3．分析求解对流换热问题分析求解对流换热问题的实质是获得流体内的温度分布和速度分布，尤其是近壁处流体内的温度分布和速度分布，因为在对流换热问题中“流动与换热是密不可分”的。
同时，分析求解的前提是给出正确地描述问题的数学模型。
在已知流体内的温度分布后，可按如下的对流换热微分方程获得壁面局部的表面传热系数由上式可有h xtt x yW/(m 2 K)w,x其中为过余温度，h xxyW/(m 2 K)w,x对流换热问题的边界条件有两类，第一类为壁温边界条件，即壁温分布为已知，待求的是流体的壁面法向温度梯度；第二类为热流边界条件，即已知壁面热流密度，待求的是壁温。
空气沿平板强迫流动时的对流换热实验报告
空气沿平板强迫流动时的对流换热实验报告标题: 空气沿平板强迫流动时的对流换热实验摘要:该实验旨在研究空气在平板上的强迫流动条件下的对流换热特性。
通过测量不同流速下的温度分布和换热系数，我们可以了解空气流动对热传递的影响，并验证传热理论。
实验装置:平板：选取一块具有良好导热性能的平板作为实验对象。
流速控制装置：使用风机或气泵控制空气流速。
温度测量器：使用热电偶或温度传感器测量平板的表面温度。
计时器：用于记录实验过程的时间。
数据采集系统：用于记录和分析实验数据。
实验步骤:1、准备平板表面：确保平板表面干净、光滑，并使用绝缘材料包裹，以减少外界影响。
2、设置流速：根据实验需求，控制风机或气泵的转速，以调整空气流速。
3、测量温度分布：在平板表面上均匀布置若干个温度测量点，并记录它们的初始温度。
4、开始实验：打开风机或气泵，使空气以一定的速度沿平板流动。
5、记录数据：在实验过程中，定期测量并记录温度测量点的温度，并记录时间。
6、停止实验：在实验结束后停止空气流动。
7、分析数据：根据测量到的温度数据，绘制温度-时间曲线，并计算平板表面的平均换热系数。
结果和讨论:根据实验数据，我们可以得到温度-时间曲线。
通过分析曲线的斜率和温度变化率，可以计算平板表面的平均换热系数。
实验结果表明，空气流速对对流换热有显著影响。
随着空气流速的增加，对流换热系数增大。
结论:通过本实验，我们验证了空气在平板上强迫流动时的对流换热特性。
实验结果表明，空气流速对热传递的影响显著。
随着空气流速的增加，对流换热系数增大。
这对于工程应用中的热设计和热管理具有重要意义。
建议:为了进一步完善实验结果，可以在不同温度和流速条件下进行更多的实验。
此外，可以考虑使用其他测温装置和更精确的数据采集系统，以提高实验数据的准确性。
对流换热PPT
流动边界层的厚度与流速、流体的运动粘度 和离平板前缘的距离x的关系
δcm
平板长度l (cm) 空气沿平板流动时边界层增厚的情况
x, 空气速度 u 10m / s :
x100mm 1.8mm; x200mm 2.5mm
由牛顿粘性定律：
u y
速度梯度越大，粘滞应力越大。
液态金属的流动边界层远小于热边界层的厚度；对于空气 两者大致相等；对于高粘度的油类，则速度边界层远大于 热边界层。
§ 5.3 边界层对流换热微分方程组
1、对流换热过程微分方程式： 在这极薄的贴壁层流中， 热量只能以导热方式传递。 根据傅里叶定律：
qw, x
t 2 W / m y w, x —在坐标为 x, 0 的贴壁处流体的温度梯度
f (u, tf , tw , , , c p , 或 , , L,Φ)
影响因素众多，实验工作量庞大、存在盲目性。
在实物或模型上进行对流换热实验研究时，变量太多。
三个问题： I. II. 如何设计实验、实验中应测哪些量（是否所有的物理量都 测）； 实验数据如何整理（整理成什么样的函数关系）；
边界层：流动边界层，热边界层。 一、流动边界层 当粘性流体流过壁面时，由于摩擦力的作用，使靠近壁 面的流体的流速降低，在垂直于平板的很小的距离内，流体 的速度从来流速度降到贴壁处的零值。规定达到主流速度的 0.99倍处和壁面间的薄层称为流动边界层。 y ,
u 0.99u
边界层内速度梯度很大；y=0处的速度梯度最大。
流体外掠平板时的层流边界层与紊流边界层
临界距离：由层流边界层开始 xc 向紊流边界层过度的距离：
临界雷诺数： Rec
对流传热实验实验报告
对流传热实验实验报告一、实验目的对流传热现象在工业生产和日常生活中广泛存在，深入理解对流传热的原理和规律对于优化传热过程、提高能源利用效率具有重要意义。
本次对流传热实验的主要目的包括：1、测定空气在圆形直管内强制对流传热的表面传热系数，并与经验关联式的计算值进行比较，加深对对流传热基本原理的理解。
2、了解实验设备的结构和工作原理，掌握实验数据的测量和处理方法。
3、观察和分析影响对流传热系数的因素，如流速、温度等。
二、实验原理对流传热是指流体与固体壁面之间的热量传递过程。
在强制对流情况下，流体的流速对传热系数有着显著的影响。
根据牛顿冷却定律，对流传热的热流量＄＼Phi$ 可以表示为：＄＼Phi ＝ hA\Delta T$其中，＄h$ 为表面传热系数，＄A$ 为传热面积，＄＼Delta T$ 为壁面与流体之间的温差。
对于圆形直管内的强制对流传热，表面传热系数可以通过经验关联式计算。
在本次实验中，采用迪图斯贝尔特（DittusBoelter）关联式：＄Nu ＝ 0023Re^｛08}Pr^｛n}＄其中，＄Nu$ 为努塞尔数，＄Re$ 为雷诺数，＄Pr$ 为普朗特数，＄n$ 的取值取决于流体的加热或冷却情况，加热时＄n ＝ 04$，冷却时＄n ＝ 03$。
努塞尔数、雷诺数和普朗特数的定义分别为：＄Nu ＝＼frac{hd}｛k}＄＄Re ＝＼frac{ud\rho}｛＼mu}＄＄Pr ＝＼frac{＼mu C_{p}｝｛k}＄其中，＄d$ 为管道内径，＄k$ 为流体的热导率，＄u$ 为流体流速，＄＼rho$ 为流体密度，＄＼mu$ 为流体动力粘度，＄C_{p}＄为流体定压比热容。
通过测量流体的流速、温度、压力等参数，可以计算出雷诺数、普朗特数和温差，进而求得表面传热系数的实验值。
将实验值与关联式的计算值进行比较，可以验证关联式的准确性，并分析误差产生的原因。
三、实验设备本次实验所使用的对流传热实验装置主要由风机、风道、电加热管、圆形直管、测温热电偶、压差计、流量计等组成，如图 1 所示。
传热学 第五章 对流换热
t qw
n w
第三类边界条件？
思考
对流换热微分方程表明,在边界上垂直于壁面的热量传 递完全依靠导热,那么在对流换热过程中流体的流动起 什么作用?
hx
tw t
x
t y
y0,x
c
p
t
u t x
v
t y
2t x2
2t y 2
流场决定温度场
小结
我们学习了 影响对流换热的一些因素； 对流换热微分方程：对流换热系数的定义 对流换热微分方程组：连续性方程、动量方程、能量方程
A qxdA
A
hx
tw
t
x
dA
h
1 A
A hxdA
对流换热的 核心问题
对流换热的影响因素
对流换热是流体的导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。 影响因素：
1)流动的起因：强迫对流换热与自然对流换热 2) 流动的状态：层流和紊流 3) 流体有无相变 4) 流体的物理性质
5) 换热表面的几何因素
v
t y
2t x2
2t y 2
2) 对流换热的单值性条件
(1) 几何条件 (2) 物理条件 (3) 时间条件 (4) 边界条件
1904年，德国科学家普朗特(L. Prandtl)提出著名 的边界层概念后，上述方程的求解才成为可能。
第一类边界条件 t w f x, y, z,
q 第二类边界条件 w f x, y, z,
采用氢冷须注意其密封结构，否则泄露后会发生爆炸。
5) 换热表面的几何因素
强迫对流
（1）管内的流动
（2）管外的流动
自然对流
（3）热面朝上
（4）热面朝下
对流换热分类
对流传热实验报告
实验四对流传热实验一．实验目的(1)测定列管式换热器的总传热系数。
(2)比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。
(3)通过本实验，对传热过程的实验研究方法有所了解，在实验技能上受到一定的训练，并对传热过程基本原理加深理解。
二．实验原理在工业生产工程中，大量情况下，冷、热流体是通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。
间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。
达到传热稳定时，有：冷、热流体间的对数平均温差为：式中：Q-传热量，J/s；m1-热流体的质量流量，kg/s；c p1-热流体的比热，J/(kg·℃)；T1-热流体的进口温度，℃；T2-热流体的出口温度，℃；m2-冷流体的质量流量，kg/s；c p2-冷流体的比热，J/(kg·℃)；t1-冷流体的进口温度，℃；t2-冷流体的出口温度，℃；K-以传热面积A为基准的总给热系数，W/（m2·℃）；Δtm-冷热流体的对数平均温差，℃；列管换热器的换热面积为：式中，d为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d取列管内径），L为列管长度，n为列管根数。
由此可得换热器的总给热系数为：本实验装置中，为了尽可能提高换热效率，采用热流体走管内、冷流体走管间形式，但是热流体热量仍会有部分损失，所以Q应以冷流体实际获得的热能测算，即：式中：V2为冷流体的进口体积流量，ρ2为冷流体的进口密度。
除查表外，对于0—100℃之间，空气与温度的关系有如下拟合公式：空气的密度与温度的关系式：空气的比热与温度的关系式：60℃以下C p=1005 J/(kg·℃)，70℃以上C p=1009 J/(kg·℃)。
三．实验装置气-气列管换热实验装置流程图如下图所示。
本装置采用冷空气与热空气体系进行对流换热。
热流体由风机1吸入经流量计V1计量后，进入加热管预热，温度测定后进入列管换热器管内，出口也经温度测定后直接排出。
对流换热
11
1）连续性微分方程（质量守恒） u v 0 x y 2）动量微分方程（动量守恒）
纳维(N. Navier)-斯托克斯(G. G. Stokes)方程
y
dy
微元体
0
dx
x
2 2 u u u p u u x方向: （ u v ) Fx ( 2 2 ) x y x x y
2 外掠平板层流换热分析结果
对于常物性、无内热源、不可压缩牛顿流体纵掠 等壁温平板层流换热：
24
特征数关联式 对于Pr0.6的流体掠过等壁温平板层流换热 hx x Nux 是以 x 为特征长 1/2 1/3 Nu x 0.332 Rex Pr 度的局部努塞尔数 u x 平均表面传热系数h 为 Rex l l 1 1 1/2 1/2 2 C l 2hxl h hx dx C x dx l 0 l 0 平均努塞尔数: hl 2hl l Nu 0.664Re1/2 Pr1/3 Nu 2 Nu x l 注意：上述关系式仅适用于Pr0.6的流体外掠等壁 温平板层流换热，定性温度为边界层的算术平均温度 1 tm t w t 2
q w, x
t y w, x
根据牛顿冷却公式：
qw, x hx (t w -t ) W m 2
t hx t w t y w, x
hx 为局部表面传热系数
W (m C)
2
1 h hx dA（固体表面温度均匀时） A A
10
假设： (a) 流体为连续性介质。
(b) 流体的物性参数为常数，不随温度变化。 (c) 流体为不可压缩性流体。通常流速低于四分之一声 速的流体可以近似为不可压缩性流体。 (d) 流体为牛顿流体，即切向应力与应变之间的关系为 线性，遵循牛顿公式 ： u y (e) 流体无内热源，忽略粘性耗散产生的耗散热。 (f) 二维对流换热。
对流的小实验报告
一、实验目的本次实验旨在探究热对流现象及其影响因素，通过实验验证热对流在加热过程中所起的作用，并分析不同因素对对流效果的影响。
二、实验原理热对流是流体在加热或冷却过程中，由于密度差异引起的流动现象。
当流体被加热时，密度减小，体积膨胀，流体上升；反之，流体冷却时，密度增大，体积缩小，流体下沉。
这种上升和下沉的流动形成对流，使得热量在流体中传递。
三、实验器材1. 实验装置：玻璃管、加热器、温度计、搅拌器、计时器2. 实验液体：水、油3. 实验材料：胶带、剪刀、尺子四、实验步骤1. 将玻璃管竖直放置，用胶带固定在实验台上。
2. 将水或油倒入玻璃管中，确保液体高度适中。
3. 使用加热器对玻璃管下端进行加热，观察液体流动情况。
4. 使用温度计测量液体温度，记录数据。
5. 改变加热器功率或改变液体种类，重复步骤3-4，观察液体流动情况及温度变化。
6. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 加热过程中，水或油在玻璃管中形成对流，表现为液体上升和下沉的流动现象。
2. 当加热器功率增加时，液体对流速度加快，温度上升速度加快。
3. 改变液体种类，对流效果也会发生变化。
例如，水的对流效果比油好，因为水的比热容较大，传热效率较高。
4. 在实验过程中，观察到搅拌器对对流效果有影响。
当搅拌器转速增加时，对流速度加快，温度上升速度加快。
六、实验结论1. 热对流是流体在加热或冷却过程中，由于密度差异引起的流动现象。
2. 加热器功率、液体种类和搅拌器转速等因素对对流效果有显著影响。
3. 在实际应用中，了解热对流现象及其影响因素有助于提高传热效率，优化设备设计。
七、实验拓展1. 探究不同形状、不同尺寸的玻璃管对对流效果的影响。
2. 研究不同温度差对对流效果的影响。
3. 分析热对流在实际应用中的优化方案。
对流传热的实验分析
对流传热的实验分析热传导、热辐射和对流传热是物体之间热量传递的三种基本方式。
在这三种方式中，对流传热在自然界和工程应用中起着重要的作用。
对流传热实验是研究和分析对流传热现象的有效手段，本文将对对流传热实验进行分析。
一、实验目的和原理对流传热实验的目的是研究流体中的热传递过程，包括流体的流动特性和传热特性。
实验原理基于流体的运动和传热规律。
在对流传热实验中，我们通常使用热平衡器、热电偶和流量计等仪器设备来测量和记录实验数据。
二、实验装置和操作对流传热实验通常使用实验装置来模拟实际情况。
实验装置包括加热器、冷却器、流体循环系统和传感器等。
实验操作包括设定流体的流速、温度和压力等参数，并记录实验数据。
实验过程中需要保持实验环境的稳定和可重复性，以确保实验结果的准确性和可靠性。
三、实验结果和数据分析对流传热实验的结果通常以温度差、传热速率和传热系数等形式呈现。
通过对实验数据的分析，可以得出对流传热的相关规律和特性。
例如，实验结果可能显示随着流体流速的增加，传热速率也增加；或者随着流体温度差的增加，传热系数也增加。
这些结果可以用于改进工程设计和优化传热设备。
四、实验误差和改进措施在对流传热实验中，存在一定的误差。
误差可能来自于实验设备的精度、环境条件的变化以及实验操作的不确定性等因素。
为了减小误差并提高实验结果的可靠性，可以采取一些改进措施。
例如，使用更精确的测量仪器、控制实验环境的稳定性和增加实验重复次数等。
五、实验应用和意义对流传热实验的应用广泛，涉及到许多领域。
在能源领域，对流传热实验可以用于改进燃烧系统和提高能源利用效率。
在建筑工程领域，对流传热实验可以用于改善建筑物的隔热性能和节能设计。
在化工工程领域，对流传热实验可以用于优化化工过程和提高生产效率。
六、实验的挑战和未来发展对流传热实验面临一些挑战，例如实验环境的复杂性和实验数据的处理方法等。
未来，随着科学技术的不断发展，对流传热实验将更加精确和高效。
对流传热实验报告
对流传热实验报告对流传热实验报告引言：热传导是物质内部由高温区向低温区传递热量的过程，而对流传热则是通过流体的运动来传递热量。
在工程和科学领域中，对流传热是一个非常重要的研究方向。
为了更好地理解对流传热的机理和特性，我们进行了一系列的实验研究。
本文将对这些实验进行报告，并探讨实验结果的意义和应用。
实验一：自然对流传热我们首先进行了自然对流传热的实验。
实验装置是一个封闭的容器，其中有一根加热丝和一个温度计。
我们通过控制加热丝的电流来产生不同的温度差，并记录下温度计的读数。
实验结果表明，随着温度差的增加，热量的传递速率也随之增加，符合自然对流传热的基本规律。
实验二：强制对流传热接下来，我们进行了强制对流传热的实验。
实验装置是一个封闭的容器，其中有一根加热丝和一个风扇。
我们通过控制风扇的转速来产生不同的风速，并记录下温度计的读数。
实验结果显示，随着风速的增加，热量的传递速率也随之增加。
这是因为风速的增加会增加流体的对流运动，从而加快热量的传递。
实验三：对流传热的影响因素在第三个实验中，我们研究了对流传热的影响因素。
我们改变了容器的形状和尺寸，并记录下温度计的读数。
实验结果表明，容器的形状和尺寸对对流传热有着显著的影响。
较大的容器能够提供更大的表面积，从而增加热量的传递面积，加快对流传热的速率。
实验四：应用与意义对流传热的研究在工程和科学领域有着广泛的应用和意义。
首先，对流传热的研究可以帮助我们设计更高效的散热系统。
例如，在电子设备中，通过合理设计散热器的结构和风扇的布局，可以提高设备的散热效率，防止过热导致的故障。
其次，对流传热的研究也对气候模型和天气预报有着重要的影响。
了解大气中的对流传热机制，可以帮助我们更准确地预测气候变化和天气情况。
结论：通过一系列的实验研究，我们对对流传热的机理和特性有了更深入的理解。
实验结果表明，对流传热的速率受到多种因素的影响，包括温度差、风速、容器的形状和尺寸等。
对流传热的研究具有广泛的应用和意义，可以帮助我们设计更高效的散热系统，并提高气候模型和天气预报的准确性。
化学工程基础--对流传热实验
气—汽对流传热综合实验一、实验目的本实验是以空气和水蒸气为介质，对流换热的简单套管换热器和强化内管的套管换热器，通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数α的测定方法。
二、实验原理作图、回归得到准数关联式Nu=BRe^m 中的系数三、实验步骤及方法1、实验前的准备，检查工作（1）向电加热釜加水至液位计上端的红线处（2）向冰水保温瓶中国加入适量的冰水，并将冷端补偿热电偶插入其中 （3）检查空气流量旁路调节阀是否打开（4）检查蒸汽管支路各控制阀是否打开，保证蒸汽和空气管线的畅通 （5）接通电源电闸，设定加热电压，启动加热器开关，开始加热 2、实验开始 人工实验操作（1） 合上电源开关（2） 打开加热电源开关，设定加热电压（不得大于200V ），直至有水蒸气冒出，在整个实验过程中始终保持换热器出口处有水蒸气（3） 启动风机并放空阀调节流量，在一定的流量下稳定5—10分钟后分别测定空气的流量，空气进，出口的温度，有温度显示和切换开关，换热器内管壁面的温度由毫伏显示仪和切换开关测得，然后，在改变流量稳定后分别测定空气的流量，空气进，出口的温度，壁面温度后继续实验。
（4） 实验结束后，依次关闭加热电源，风机和总电源。
一切复原。
四、实验数据及处理传热过程综合实验装置电压普通管 强化管180.2序号人口温度出口温度压差/kp人口温度出口温度压差/kp1 35.8 71.9 0.05 40 84.4 0.012 35.7 70.8 0.19 40 83.1 0.113 36.2 69.8 0.37 40.4 82 0.22 4 36.9 69.4 0.51 41 81.6 0.345 38.1 69.4 0.73 42.9 81.3 0.556 39.4 68.2 1.42 45.3 81.8 0.737 41.2 68 1.89计算举例（以普通管第一组数据为例） t 均=（35.8+71.9）/2=53.85(℃) Vto=20.14×(△P)^0.518=4.34273+tv=vt04.84(3/)273+t0m h△tm(均）=Tw-（t1+t2）/2=46.45(℃)Q=(v ×ρi ×Cpi ×△t)/3600=53.98W ai=Q/(△tm+Si)=18.49w/m2＊℃u(均）=v/(F×3600)=4.28m/sNu=ai×di/λ=13.09Re=di×u(均）ρ/μ=4775.04五、注意事项（1）实验前将加热器内水加到指定位置，防止电热器干烧损坏电器。
实验二对流换热实验
实验二 对流换热实验一、实验目的1. 实验法测定空气受迫横向流过单管时的换热系数。
2. 运用相似理论，将实验数据整理成准则方程式，并与有关教材中推荐的相应的准则方程式相比较。
二、实验原理1. 当空气受迫横向流过单管时，按牛顿公式，换热系数)(f w t t F Q α-=(2-1)Q 为单管与空气流之间的对流换热量；实验采用单管为被加热管；单管内表面用电热丝均匀裹缠通电加热单管表面。
电热丝所消耗的电功率N 变为热能通过单管表面向空气流散。
当单管表面温度w t 不变时，这时电功率N 为对流换热量Q 。
F 为单管（直径D = 12mm ，长l = 300mm ）在空气流中的表面积。
l D πF ⋅⋅= (2-2)f t 为风道气流平均温度，w t 为单管表面温度。
所以，对一定尺寸的单管，内表面用电热丝加热，置于风洞中处于稳定状态后，只需测量电热丝电功率N ，单管和气流温度w t 、f t ，即可计算出此种实验条件下的换热系数。
2. 根据相似理论的分析，流体受迫运动的准则方程式为：()Pr Re f Nu ⋅= (2-3)其中努谢尔特准则υVl=Re ，雷若准则υVlRe =，普朗特数λμC Pr P =。
l 为定型尺寸，取单管外径D ；Cp 、λ、υ、μ为流体在定性温度f t 时的定压比热、导热系数、粘度、动力粘度，V 为流体流过最窄截面处的流速。
对于空气，物理参数C p 、μ、λ近似为常数，所以Pr 数为一常数，原准则方程简化为nu Re C N ⋅= (2-4)式(2-4)中系数C ，指数n 为常数，可由实验得出，通过空气不同的流速情况下，单管和空气流之间的换热系数的测定，可以得到一组Re 和相应的Nu 数，把它们表示在双对数坐标图上(图1)，则可求得C 和n 值。
图1 确定准则间函数关系的对数坐标图2 风洞装置pRe可控硅电源控制柜空气三、实验设备1. 气流的形成和气流速度的调节如图2所示，产生气流的设备有直流电机和离心通风机、若干节管道串连组成风洞，电机启动后空气吸入风洞流进风机，在风洞里形成空气流。
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1
• 理论解的结果需要用实验来检验，实验 方法也必须以 正确的理论 作为指导
• 指导实验如何设计、布置、实施及其表 达、应用等的方法理论：相似原理
h f (t f , tw , u, , c, ,,, l, )
• 把所有的影响因素以某种合理的方式组 合成少数几个无量纲特征数，并从整体 上把它们看作综合变量
第五章 5.ห้องสมุดไป่ตู้节 （15）
2
5.6.1 相似原理
• 相似第一定理：彼此相似的现象，其 对应点的同名相似特征数相等 ➢ 必须保证属于同类物理过程
➢ 物理现象相似: 描述该现象的所有有关物 理量场相似 即对应时刻在空间对应位 置上有关物理量相应成比例
• 以圆管内的速度场为例说明场变量相 似的具体含义
15
Nu C Re n
第五章 5.6节 （15）
12
第五章 5.6节 （15）
13
第五章 5.6节 （15）
14
美国宇航局 的大型风洞内部 截面：40*80 英尺 NASA Dryden Flight Research Center.
Photo Date. 1962
第五章 5.6节 （15）
下一章
对流中的浮升力与粘性力的相对大小
第五章 5.6节 （15）
9
5.6.3 特征数方程
• 特征数方程不存在硬性规定的统一形式 • 原则：拟合方程能最好地代表数据点 • 幂函数可以很好地表示实验数据点
Nu C Re n Pr m
• 在实验数据所包含的Re数、Pr数范围内， 直接用多元线性回归方法
第五章 5.6节 （15）
判断两同类现象是否相似的充分必要条件
第五章 5.6节 （15）
6
• 许多实际工程根本不可能用全尺寸的实 物和实际物理参数进行实验研究
• 模型实验必须遵循相似理论来设计实验， 指导实验的实施，确定有关相似特征数 之间的函数关系，并以此来指导和优化 工程问题的设计
• 工程应用实例
用平均温度40 ℃的空气,内径为38.25 mm 管子，能否模拟环境温度120 ℃，内径 75.82 mm，流速15 m/s的空气对流换热？
• 特征数是从确定该过程的微分方程中导 出的，不管该方程是否能够通过积分解 出结果
• 用实验方法研究对流换热问题的时候， 应该而且也必须把结果整理成相似特征 数之间的函数形式
第五章 5.6节 （15）
5
导出相似特征数以及特征数方程形式的具 体方法则不是唯一的: •无量纲化方法、相似变换法（也称为相 似常数法）、积分类比法等 •量纲分析方法 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，那么这 两个现象一定相似。
5.6 对流换热的实验研究方法
• 分析解和数值解都需要对复杂的对流换热现象 作出若干简化假设
• 工程上还有大量对流换热问题根本无法通过数 学解析得到结果
• 分析解或者数值解的正确性和可信程度有赖于 通过实验手段予以验证
• 在求解过程中采用一些来自实验的经验、半经 验的系数、常数
第五章 5.6节 （15）
第五章 5.6节 （15）
3
如果下式成立：
r1 r1 '
r2 r2 '
r3 r3 '
Cl
u1 u1 '
u 2 u2 '
u3 u3 '
Cu
• 注意，并不要求这两个比例一定相等才 可称为相似
第五章 5.6节 （15）
4
• 相似第二定理：描述物理过程的微分方 程的积分结果，可以用相似特征数之间 的函数关系来表示
第五章 5.6节 （15）
8
5.6.2 相似特征数
• 雷诺数 Re ude /，描述流体的流动状
态，表示惯性力和粘性力的相对大小
• 普朗特数 Pr /a，表示流体传递动量
和传递热量能力的相对大小
• 努塞尔数 Nu hde /，表示换热表面上
的无量纲过余温度梯度
• 格拉晓夫数 Gr g t l3/ 2 ，表示自然
10
• 可以把 Pr数的幂指数 m 事先确定下来， 那么特征数方程可以写为
Nu / Pr m C Re n lg (Nu / Pr m ) lg C n lg Re
Y a bX
注意：C 和 n 的正确确定方法。
第五章 5.6节 （15）
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• 用最小二乘法作线性回归可以求得C、n
• 对于空气或烟气，Pr数几乎是常数
第五章 5.6节 （15）
7
• 模拟的关键是：实验和工程实际的Re应 该相同
• 通过计算，得知采用20 m/s的流速，实验 的流态与工程完全一样
• 由于在这一温度范围内空气Pr可以认为 等于常数，所以两者的 Nu 一定相等
• 结论：用相似特征数关联式表达一类对 流换热问题的规律时，调整参数的自由 度相当大！