湍動(dòng)流體傳熱系數(shù)與流速的關(guān)系研究

付 蕊,卞云霞,郭燕燕,馬嘉寶,劉美麗,趙 爽

（大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生,遼寧 大連 116605）

湍動(dòng)流體傳熱系數(shù)與流速的關(guān)系研究

付 蕊,卞云霞,郭燕燕,馬嘉寶,劉美麗,趙 爽

（大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生,遼寧 大連 116605）

在自然界、科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中普遍存在的流體傳熱的應(yīng)用十分廣泛,在流體傳熱中當(dāng)流體作湍流流動(dòng)時(shí),由于湍流主體中流體質(zhì)點(diǎn)充分混合且層流內(nèi)層較薄,對(duì)流傳熱系數(shù)α較大。本實(shí)驗(yàn)在一定的實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)空氣 -水蒸氣套管換熱器在不同流速下的逆流的湍流傳熱參數(shù)進(jìn)行測定、比較和分析,旨在為今后的相關(guān)研究提供參考。

1 設(shè)備與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院化工原理實(shí)驗(yàn)室空氣—水蒸氣套管換熱器設(shè)備。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)為流體 （水蒸氣與冷空氣）在光滑管和強(qiáng)化管 （管內(nèi)固定有金屬螺旋線圈,流體一面由于螺旋線圈的作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn),一面還周期性的受到線圈的螺旋金屬絲的擾動(dòng),因而可以使傳熱強(qiáng)化。）中作逆流湍流流動(dòng)時(shí)傳熱數(shù)據(jù)的測定。在一定的冷空氣進(jìn)口流速下,分別測定空氣進(jìn)出口和換熱器內(nèi)管壁面溫度。然后改變流速,重復(fù)測定。根據(jù)所測數(shù)據(jù),查得相關(guān)物性值[1]（空氣平均密度ρ、空氣平均比熱 Cp、空氣平均黏度μ、空氣平均普朗特常數(shù) Pr、空氣平均導(dǎo)熱系數(shù)λ）。計(jì)算傳熱系數(shù)并繪制特性曲線圖,與經(jīng)驗(yàn)式[2]進(jìn)行對(duì)比,研究湍動(dòng)流體傳熱規(guī)律[3]。

2 結(jié)果與分析

光滑管和強(qiáng)化管內(nèi)湍動(dòng)流體的傳熱系數(shù)α均隨流體流速μ的增大而增大,相同流速下強(qiáng)化管的傳熱系數(shù)大于光滑管如圖 1。在 lnμ為 1～4時(shí),光滑管和強(qiáng)化管傳熱系數(shù)和流速的關(guān)系擬合方程分別為:lnα =0.7487 lnμ +2.2657和 lnα =0.7285 lnμ +2.6813。經(jīng)驗(yàn)式為 α =0.023λ/d（duρ/μ）0.8（Cpμ/λ）0.4,可得雙對(duì)數(shù)的系數(shù)項(xiàng)為 0.8。

圖1 對(duì)流傳熱系數(shù)隨流速變化線性擬合

3 結(jié)果與討論

在實(shí)驗(yàn)室條件下,光滑管和強(qiáng)化管內(nèi)湍動(dòng)流體的傳熱系數(shù)α分別與流體流速μ的 0.7285和0.7487次方成正比,說明增大流體的流速有利于逆流流體間的傳熱。但在相同的流體流速范圍內(nèi),光滑管和強(qiáng)化管的擬合方程并不一致,強(qiáng)化管的逆流傳熱系數(shù)大于光滑管的逆流傳熱系數(shù),達(dá)到了強(qiáng)化傳熱的目的。本實(shí)驗(yàn)忽略了流體流動(dòng)過程中的阻力因素,但在今后評(píng)價(jià)強(qiáng)化方式的真正效果和經(jīng)濟(jì)效益時(shí),則必須考慮阻力因素,只有強(qiáng)化比較高且阻力系數(shù)較小的強(qiáng)化方式,才是最佳的強(qiáng)化方法。

（責(zé)任編輯 劉敏）

O614 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

A

1009-315X（2011）01-0095-01

2010-03- 16；

2010-10-27

大連民族學(xué)院 2009年化工原理精品實(shí)驗(yàn)資助項(xiàng)目 （2009-29）。

齊濟(jì) （1964-）,女,遼寧遼中人,副教授,主要從事化工原理理論與實(shí)踐教學(xué)研究。

[1]卡爾 L·約斯.氣體數(shù)據(jù)手冊[M].7版.陶鵬萬,黃建彬,朱大方,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[2]謝洪虎,江楠.管殼式換熱器殼程流體流動(dòng)與換熱的數(shù)值模擬[J].化學(xué)工程,2009,37（9）:9-12.

[3]戴干策,陳敏恒.化工流體力學(xué) [M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.