湍動流體傳熱系數與流速的關系研究

付 蕊,卞云霞,郭燕燕,馬嘉寶,劉美麗,趙 爽

（大連民族學院生命科學學院學生,遼寧 大連 116605）

湍動流體傳熱系數與流速的關系研究

付 蕊,卞云霞,郭燕燕,馬嘉寶,劉美麗,趙 爽

（大連民族學院生命科學學院學生,遼寧 大連 116605）

在自然界、科學技術、工業生產以及日常生活中普遍存在的流體傳熱的應用十分廣泛,在流體傳熱中當流體作湍流流動時,由于湍流主體中流體質點充分混合且層流內層較薄,對流傳熱系數α較大。本實驗在一定的實驗條件下,對空氣 -水蒸氣套管換熱器在不同流速下的逆流的湍流傳熱參數進行測定、比較和分析,旨在為今后的相關研究提供參考。

1 設備與方法

1.1 實驗設備

大連民族學院生命科學學院化工原理實驗室空氣—水蒸氣套管換熱器設備。

1.2 實驗方法

實驗為流體 （水蒸氣與冷空氣）在光滑管和強化管 （管內固定有金屬螺旋線圈,流體一面由于螺旋線圈的作用而發生旋轉,一面還周期性的受到線圈的螺旋金屬絲的擾動,因而可以使傳熱強化。）中作逆流湍流流動時傳熱數據的測定。在一定的冷空氣進口流速下,分別測定空氣進出口和換熱器內管壁面溫度。然后改變流速,重復測定。根據所測數據,查得相關物性值[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 Pr、空氣平均導熱系數λ）。計算傳熱系數并繪制特性曲線圖,與經驗式[2]進行對比,研究湍動流體傳熱規律[3]。

2 結果與分析

光滑管和強化管內湍動流體的傳熱系數α均隨流體流速μ的增大而增大,相同流速下強化管的傳熱系數大于光滑管如圖 1。在 lnμ為 1～4時,光滑管和強化管傳熱系數和流速的關系擬合方程分別為:lnα =0.7487 lnμ +2.2657和 lnα =0.7285 lnμ +2.6813。經驗式為 α =0.023λ/d（duρ/μ）0.8（Cpμ/λ）0.4,可得雙對數的系數項為 0.8。

圖1 對流傳熱系數隨流速變化線性擬合

3 結果與討論

在實驗室條件下,光滑管和強化管內湍動流體的傳熱系數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,光滑管和強化管的擬合方程并不一致,強化管的逆流傳熱系數大于光滑管的逆流傳熱系數,達到了強化傳熱的目的。本實驗忽略了流體流動過程中的阻力因素,但在今后評價強化方式的真正效果和經濟效益時,則必須考慮阻力因素,只有強化比較高且阻力系數較小的強化方式,才是最佳的強化方法。

（責任編輯 劉敏）

O614 < class="emphasis_bold">文獻標志碼:A

A

1009-315X（2011）01-0095-01

2010-03- 16；

2010-10-27

大連民族學院 2009年化工原理精品實驗資助項目 （2009-29）。

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

[1]卡爾 L·約斯.氣體數據手冊[M].7版.陶鵬萬,黃建彬,朱大方,譯.北京:化學工業出版社,2003.

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

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