*第1页，共24页，星期日，2025年，2月5日实验五对流传热系数的测定一、实验原理1、对流传热过程分析对流传热（对流给热）是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。工业生产中大量遇到的是流体流过固体表面时与固体表面间发生的热量交换。这一过程称为对流给热。*第2页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、实验原理热流体到壁面或壁面到冷流体的热量传递过程*第3页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、实验原理2、对流传热过程的数学描述流体被冷却时，流体被加热时上两式称为牛顿冷却定律。它并非理论推导的结果，它只是一种推论，是一个实验定律，假设Q∝?t。对流传热是一个非常复杂的物理过程，实际上由于有效膜厚度难以测定，牛顿冷却定律只是给出了计算传热速率简单的数学表达式，并未简化问题本身，只是把诸多影响过程的因素都归结到了?当中──复杂问题简单化表示。*第4页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、实验原理影响因素：（1）间壁传热由对流传热－导热－对流传热三个过程组成。（2）同一管壁界面上的温度以折线表示，且逐步下降，其层流内层热阻最大，因而温降也最大。（3）对流传热是由层流内层的导热和层流外层的流体质点作相对位移和传热混合的统称。（4）为简化处理，对流传热作为通过厚度的传热边界层的导热处理。必须指出是不存在的，为了处理问题而假设的。*第5页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、实验原理3、影响对流传热系数的因素（1）引起流动的原因自然对流：强制对流：（2）流体的物性影响?较大的物性有：?，?，?，cp。（3）流动型态层流：流体中主要依靠热传导的方式传热。由于流体的导热系数比金属的导热系数小得多，所以热阻大。湍流：质点充分混合且层流底层变薄，?较大；但Re?动力消耗大。*第6页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、实验原理（4）传热面的形状、大小和位置不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，产生旋涡，增加湍动，使?增大。（1）形状：比如管、板、管束等；（2）大小：比如管径和管长等；D/L越小，湍动程度越小（3）位置：比如管子得排列方式对于一种类型的传热面常用一个对对流传热系数有决定性影响的特性尺寸L来表示其大小。（5）是否发生相变主要有蒸汽冷凝和液体沸腾。一般情况下，有相变化时对流传热系数较大。*第7页，共24页，星期日，2025年，2月5日
一、实验原理4、获得给热系数的方法①解析法：对所考察的流场建立动量传递、热量传递的衡算方程和速率方程，在少数简单的情况下可以联立求解流场的温度分布和壁面热流密度，然后将所得结果改写成牛顿冷却定律的形式，获得给热系数的理论计算式。这是对流给热过程的解析解。这是一个复杂的过程，一般用于理论讨论。②数学模型法：对给热过程作出简化的物理模型和数学描述，用实验检验或修正模型，确定模型参数。③因次分析法：将影响给热的因素无因次化，通过实验决定无因次准数之间的关系。这是理论指导下的实验研究方法，在对流给热中广为使用。④实验法：对少数复杂的对流给热过程适用。*第8页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、实验原理5、对流传热系数经验关联式的建立由于对流传热本身是一个非常复杂的物理问题，现在用牛顿冷却定律把复杂问题简单表示，把复杂问题转到计算对流传热系数上面。所以，对流传热系数大小的确定成为了一个复杂问题，其影响因素非常多。目前还不能对对流传热系数从理论上来推导它的计算式，只能通过实验得到其经验关联式。*第9页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、实验原理因次分析法?＝f(u，l，?，?，cp，?，g?，?t)基本因次，共4个，长度L，时间T，质量M，温度t变量总数：共8个因次分析之后，所得准数关联式中共有4个无因次数群（由?定理8-4=4）因次分析结果如下：*第10页，共24页，星期日，2025年，2月5日*第11页，共24页，星期日，2025年，2月5日实验五对流传热系数的测定5、对流传热系数?的实验测定在套管换热器中，环隙中通水蒸汽，内管管内通空气，水蒸冷凝放热加热空气，当传热达到稳定之后空气侧对流传热系数?i与总