對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)研究方法

5.6

對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)研究方法分析解和數(shù)值解都需要對(duì)復(fù)雜的對(duì)流換熱現(xiàn)象作出若干簡(jiǎn)化假設(shè)工程上還有大量對(duì)流換熱問題根本無法通過數(shù)學(xué)解析得到結(jié)果

分析解或者數(shù)值解的正確性和可信程度有賴于通過實(shí)驗(yàn)手段予以驗(yàn)證在求解過程中采用一些來自實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)的系數(shù)、常數(shù)

第五章5.6節(jié)（15）1理論解的結(jié)果需要用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法也必須以正確的理論作為指導(dǎo)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)如何設(shè)計(jì)、布置、實(shí)施及其表達(dá)、應(yīng)用等的方法理論：相似原理把所有的影響因素以某種合理的方式組合成少數(shù)幾個(gè)無量綱特征數(shù)，并從整體上把它們看作綜合變量第五章5.6節(jié)（15）25.6.1相似原理相似第一定理：彼此相似的現(xiàn)象，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名相似特征數(shù)相等

必須保證屬于同類物理過程

物理現(xiàn)象相似:描述該現(xiàn)象的所有有關(guān)物理量場(chǎng)相似即對(duì)應(yīng)時(shí)刻在空間對(duì)應(yīng)位置上有關(guān)物理量相應(yīng)成比例以圓管內(nèi)的速度場(chǎng)為例說明場(chǎng)變量相似的具體含義第五章5.6節(jié)（15）3注意，并不要求這兩個(gè)比例一定相等才可稱為相似第五章5.6節(jié)（15）4如果下式成立：相似第二定理：描述物理過程的微分方程的積分結(jié)果，可以用相似特征數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系來表示特征數(shù)是從確定該過程的微分方程中導(dǎo)出的，不管該方程是否能夠通過積分解出結(jié)果用實(shí)驗(yàn)方法研究對(duì)流換熱問題的時(shí)候，應(yīng)該而且也必須把結(jié)果整理成相似特征數(shù)之間的函數(shù)形式第五章5.6節(jié)（15）5導(dǎo)出相似特征數(shù)以及特征數(shù)方程形式的具體方法則不是唯一的:無量綱化方法、相似變換法（也稱為相似常數(shù)法）、積分類比法等量綱分析方法相似第三定理:凡同類現(xiàn)象，若同名已定特征數(shù)相等，且單值性條件相似，那么這兩個(gè)現(xiàn)象一定相似。判斷兩同類現(xiàn)象是否相似的充分必要條件第五章5.6節(jié)（15）6許多實(shí)際工程根本不可能用全尺寸的實(shí)物和實(shí)際物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究模型實(shí)驗(yàn)必須遵循相似理論來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，確定有關(guān)相似特征數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，并以此來指導(dǎo)和優(yōu)化工程問題的設(shè)計(jì)工程應(yīng)用實(shí)例

用平均溫度40℃的空氣,內(nèi)徑為38.25mm管子，能否模擬環(huán)境溫度120℃，內(nèi)徑75.82mm，流速15m/s的空氣對(duì)流換熱？第五章5.6節(jié)（15）7模擬的關(guān)鍵是：實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際的Re應(yīng)該相同通過計(jì)算，得知采用20m/s的流速，實(shí)驗(yàn)的流態(tài)與工程完全一樣由于在這一溫度范圍內(nèi)空氣Pr可以認(rèn)為等于常數(shù)，所以兩者的Nu一定相等結(jié)論：用相似特征數(shù)關(guān)聯(lián)式表達(dá)一類對(duì)流換熱問題的規(guī)律時(shí)，調(diào)整參數(shù)的自由度相當(dāng)大！第五章5.6節(jié)（15）85.6.2

相似特征數(shù)雷諾數(shù)

Reude/，描述流體的流動(dòng)狀態(tài)，表示慣性力和粘性力的相對(duì)大小普朗特?cái)?shù)

Pr

/a，表示流體傳遞動(dòng)量和傳遞熱量能力的相對(duì)大小努塞爾數(shù)

Nuhde/，表示換熱表面上的無量綱過余溫度梯度格拉曉夫數(shù)

Grg

tl3/2，表示自然對(duì)流中的浮升力與粘性力的相對(duì)大小第五章5.6節(jié)（15）9

5.6.3特征數(shù)方程特征數(shù)方程不存在硬性規(guī)定的統(tǒng)一形式原則：擬合方程能最好地代表數(shù)據(jù)點(diǎn)冪函數(shù)可以很好地表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所包含的Re數(shù)、Pr數(shù)范圍內(nèi)，直接用多元線性回歸方法第五章5.6節(jié)（15）10可以把Pr數(shù)的冪指數(shù)m事先確定下來，那么特征數(shù)方程可以寫為第五章5.6節(jié)（15）11注意：C

和n

的正確確定方法。用最小二乘法作線性回歸可以求得C、n對(duì)于空氣或煙氣，Pr數(shù)幾乎是常數(shù)第五章5.6節(jié)（15）12第五章5.6節(jié)（15）13第五章5.6節(jié)（15）14第五章5.6節(jié)（15）