12固体小球对流传热系数的测定剖析

---上dtpCV(5)初始条件：t上dtpCV(5)初始条件：t=0,T-Tf0积分(5)式得：fTTd(T-T)JT-fTTd(T-T)JT-Tff-PCVJdt0aA

pCV(-Bi-Fo)-1二expCBi-丿Fo=at(6)(7)pCV定义时间常数T=.,分析(6)式可知，当物体与环境间的热交换经历了四倍于时间aA常数的时间后，即：t二4t，可得：00表明过余温度T-T的变化已达98.2%，以后的变化仅剩1.8%，对工程计算来说，往f后可近似作定常数处理。对小球:二R二dS代入式(6)整理得:A36(8)a.PCds・1ln口tT-T(8)Nu斗Nu斗二哼・1ln=九6九tT-T(9)通过实验可测得钢球在不同环境和流动状态下的冷却曲线，由温度记录仪记下T〜t的关系，就可由式⑻和式(9)求出相应的a和Nu的值。对于气体在20<Re<180000范围，即高Re数下，绕球换热的经验式为:ad亦(10)Nu=s=O.37Reo.6Pr备(10)九若在静止流体中换热：Nu二2。C预习与思考(1)明确实验目的。影响热量传递的因素有哪些？Bi数的物理含义是什么？本实验对小球体的选择有哪些要求，为什么?⑸本实验加热炉的温度为何要控制在400〜500°C，太高太低有何影响?自然对流条件下实验要注意哪些问题？每次实验的时间需要多长，应如何判断实验结束?实验需查找哪些数据，需测定哪些数据?设计原始实验数据记录表。实验数据如何处理?D实验装置与流程如图2-3所示。I：iI：iL3痒701l??"说切-J就霜'俅C—：打乩上海般门■2—转了流翻＜hTO,Alir）r:;—to臥「1—肢周谕比床｛天大北眸优I「1实验N求血例・〜巾I士弓刚）.7—时丸管俩栓巾⑸.尺一骨式活加輕护U，天划匕洋〉小球糊人丨袴能念I廈门宇光》，］1一加熱炉河恥智能衣（厦门宇AL2「加鷄炉揑门宇龙》・u-ftjfiffi（型，空州中色），河一啟空阀・ls-fl^n图213测定固体小球对流传热系数的实验装置E实验步骤及方法测定小钢球的直径ds。打开管式加热炉的加热电源，调节加热温度至400〜500°C。a）检查电源线火线、零线、地线连接是否正确，电线是否有破损，确认无误后才能给装置通电；b）接通装置电源（220V/50HZ）,此时电源开关红色指示灯亮；c）按下各测温温控开关，此时管式电加热炉控温表和管式电加热炉温控表及小球测温表同时通电。d）将管式电加热炉控温表（4）设定温度为实验所需的温度值450Co打开计算机处于工作状态。启动计算机控制软件。将嵌有热电偶的小钢球置于电加热炉的支架上，从温度计录仪上观察钢球温度的变化。当小球温度升至450C时，迅速取出钢球，放在不同的环境条件下进行实验，钢球的温度随时间变化的关系由计算机记录，称冷却曲线。装置运行的环境条件有：自然对流，强制对流，固定床和流化床。流动状态有：层流和湍流。自然对流实验：将加热好的钢球迅速取出，置于大气当中，尽量减少钢球附近的大气扰动，用计算机进行数据采集小球温度随时间变化的曲线数据，并进行处理计算出给热系数。强制对流实验：置于扩大管中进行强制对流实验。方法：打开实验装置上的放空阀（14）和阀（16），关闭阀（15）和阀（13），启动漩涡气泵，缓慢调节阀（15）和阀（14），使流量达到实验所需值。迅速取出加热好的钢球，置于反应器中的扩大管中，其余步骤同6，记录下空气的流量和采集冷却曲线。固定床实验：调节调节阀（3）并配合调节阀（16）使流化床内固体颗粒处于固定床状态，将加热好的小球置于固定床的砂粒中，进行固定床实验，其余步骤同6，记录反应器的压降和采集冷却曲线。流化床实验：调节调节阀（3）并配合调节阀（16）使流化床处于所需的流化状态，将加热好的钢球迅速置于反应器中的流化层中，进行流化床实验，其余步骤同6，记录反应器的压降和采集冷却曲线。10.装置停车a）将管式加热炉控温温度设定为零度，降温；b）全开阀门（14），关闭风机电源；c）关闭各分电源开关和总开关\Y*■、'八■，I[1*—r-.r*注意事项：开启风机前一定将阀门（14）全开，否则玻璃转子会因风速过大冲到顶部损坏玻璃转子流量计；同样，关闭风机前一定将阀门（14）全开，否则璃转子会因风速迅速降低砸到底部损坏转子。调节流化床时一定要缓慢打开调节阀（3），并配合调节阀门（16），否则会把流化床内固体颗粒吹出，影响使用。在实验过程中，不要将小球碰到身体，避免灼伤。F实验数据和处理实验基础数据：小球：紫铜，直径：14mm,密度：8900kg/m3,比热：385J/kg・K,导热系数：401W/m・K计算：点软件工艺流程画面的计算按钮，按冷却曲线对应的时间和温度点输入左侧表格，其它基础数据和实验信息输入，按计算结果计算，右侧表格显示结果。按对流传热系数和努塞尔准数，察看图形。按保存按钮以Word形式保存文件。计算不同环境和流动状态下的对流传热系数。计算实验用小球的Bi准数，确定其值是否小于0.1。将实验值与理论值进行比较。G结果与讨论基本原理的应用是否正确？对比不同环境条件下的对流传热系数。分析实验结果同理论值偏差的原因。对实验方法与实验结果讨论。H主要符号说明A-面积，［m2］；Bi-毕奥准数，［无因次］；C-比热，［JkgK］；d-小球直径，［m］；SFo-傅立叶准数，［无因次］；Nu-努塞尔准数，［无因次］；Pr-普朗特准数，［无因次］；q-y方向上单位时间单位面积的导热量，［Jm2s］；y'Q-y方向上的导热速率，［J's］；y'R-半径，［m］；Re-雷诺准数，［无因次］；温度,［K］或［°C］；T-初始温度，［K］或［C］；0Tf-流体温度，［K］或［C］；T-壁温，［K］或［C］；Wt-时间，［s］；V-体积，［m3］；Q-对流传热系数，［W：m2K］；九-导热系数，［W.「mK］；5-特征尺寸，［m］；P-密度，［kgm3］