湍动流体传热系数与流速的关系研究

付 蕊,卞云霞,郭燕燕,马嘉宝,刘美丽,赵 爽

（大连民族学院生命科学学院学生,辽宁 大连 116605）

湍动流体传热系数与流速的关系研究

付 蕊,卞云霞,郭燕燕,马嘉宝,刘美丽,赵 爽

（大连民族学院生命科学学院学生,辽宁 大连 116605）

在自然界、科学技术、工业生产以及日常生活中普遍存在的流体传热的应用十分广泛,在流体传热中当流体作湍流流动时,由于湍流主体中流体质点充分混合且层流内层较薄,对流传热系数α较大。本实验在一定的实验条件下,对空气 -水蒸气套管换热器在不同流速下的逆流的湍流传热参数进行测定、比较和分析,旨在为今后的相关研究提供参考。

1 设备与方法

1.1 实验设备

大连民族学院生命科学学院化工原理实验室空气—水蒸气套管换热器设备。

1.2 实验方法

实验为流体 （水蒸气与冷空气）在光滑管和强化管 （管内固定有金属螺旋线圈,流体一面由于螺旋线圈的作用而发生旋转,一面还周期性的受到线圈的螺旋金属丝的扰动,因而可以使传热强化。）中作逆流湍流流动时传热数据的测定。在一定的冷空气进口流速下,分别测定空气进出口和换热器内管壁面温度。然后改变流速,重复测定。根据所测数据,查得相关物性值[1]（空气平均密度ρ、空气平均比热 Cp、空气平均黏度μ、空气平均普朗特常数 Pr、空气平均导热系数λ）。计算传热系数并绘制特性曲线图,与经验式[2]进行对比,研究湍动流体传热规律[3]。

2 结果与分析

光滑管和强化管内湍动流体的传热系数α均随流体流速μ的增大而增大,相同流速下强化管的传热系数大于光滑管如图 1。在 lnμ为 1～4时,光滑管和强化管传热系数和流速的关系拟合方程分别为:lnα =0.7487 lnμ +2.2657和 lnα =0.7285 lnμ +2.6813。经验式为 α =0.023λ/d（duρ/μ）0.8（Cpμ/λ）0.4,可得双对数的系数项为 0.8。

图1 对流传热系数随流速变化线性拟合

3 结果与讨论

在实验室条件下,光滑管和强化管内湍动流体的传热系数α分别与流体流速μ的 0.7285和0.7487次方成正比,说明增大流体的流速有利于逆流流体间的传热。但在相同的流体流速范围内,光滑管和强化管的拟合方程并不一致,强化管的逆流传热系数大于光滑管的逆流传热系数,达到了强化传热的目的。本实验忽略了流体流动过程中的阻力因素,但在今后评价强化方式的真正效果和经济效益时,则必须考虑阻力因素,只有强化比较高且阻力系数较小的强化方式,才是最佳的强化方法。

（责任编辑 刘敏）

O614 < class="emphasis_bold">文献标志码:A

A

1009-315X（2011）01-0095-01

2010-03- 16；

2010-10-27

大连民族学院 2009年化工原理精品实验资助项目 （2009-29）。

齐济 （1964-）,女,辽宁辽中人,副教授,主要从事化工原理理论与实践教学研究。

[1]卡尔 L·约斯.气体数据手册[M].7版.陶鹏万,黄建彬,朱大方,译.北京:化学工业出版社,2003.

[2]谢洪虎,江楠.管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟[J].化学工程,2009,37（9）:9-12.

[3]戴干策,陈敏恒.化工流体力学 [M].2版.北京:化学工业出版社,2005.