自然对流换热系数实验平台设计 文献综述

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毕业论文前言
本文介绍了国内外对流换热系数测定的不同方法及相关研究的最新发展状况，重点为自然对流换热系数的测定。导热系数测定与自然对流换热系数测定是工科院校传热学课程的两个基本实验，也是生产生活之中重要的换热过程。对流换热的研究在我国研究领域有着举足轻重的作用。
正文
自然对流换热是指不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀性造成流体的流动，由此引起的对流换热。各种热工设备和管道的热表面向周围空气的对流散热就是典型的自然对流换热的应用实例。由此看来自然对流换热是生产生活中非常普遍又极其重要的换热过程。对流换热系数是求解伴有表面对流换热的热传导问题的重要参数之-，是研究热工设备散热的前提。
朱磊，姜周曙，黄国辉等人为了更好地研究受热横圆管在大空间中的自然对流换热现象，设计开发了横圆管表面空气自然对流换热测试系统。该测试系统采用上下位机模式，可实现横圆管的自然对流换热系数的测定和准则关联式的验证，采用高精度的数据采集板实现精确测量; 并以计算机为监测单元，选用. NET Framework 2. 0 开发平台，采用面向对象的编程思想，开发了相应的测控软件，能实时检测、记录、显示、存储和处理采集的数据，通过对换热过程的实时监测和数据分析可加深对自然对流换热过程的理解。实际应用结果表明，该测试系统具有功能完善、测量精度高、重复性好等优点，很好地满足了自然对流换热测试的要求。此研究研制成功的测试系统实现了横圆管的自然对流过程监测、换热系数测定和准则关联式验证等功能。
宋艺新，段远源在清华大学985教学经费的支持下， 设计和新建了-套横管外表面的大空间自然对流实验系统， 此实验系统主要由本体系统、电加热测量系统和测温系统3部分组成。此实验的影响因素很多， 若要得到较理想的实验精度， 达到较好的实验效果， 必须对每个细节均加以周密设计。为保证实验管段为自然对流实验条件， 首先必须旧能地减少外界对实验管段的影响。宋艺新，段远源将实验室从空间上隔断为实验本体室和控制测量室两部分， 在实验本体室中仅布置了实验管和冰瓶， 实验期间无人员进出; 所有的测 量信号以及加热控制等均通过导线引出， 在控制测量室中完成。实验本体室与控制测量室之间使用直达天棚的铝合金门窗隔断， 对铝合金门还进行了专门的密封处理。为保证实验本体室的绝对密封， 使外界的环境对实验管没有干扰， 对实验本体室采取了如下措施: 在原本双层玻璃窗的内侧又加装-层 5毫米厚的玻璃将窗户封死; 在暖气管道上加装阀门， 供暖季节实验时可截断本实验室的暖气避免干扰， 在阀门前端的暖气管道外表面加装了较厚的保温层; 在通过室内的-根自来水管表面加装了保温层。此测试系统采用了-些新的实验技术， 提高了实验精度， 达到了较好的实验教学效果。新设计的实验系统结构合理，实验台的 8 根加热管可同时加热， 也可分别加热， 组合灵活。实验台具有使用安全、维修、安装方便的特点。对实验数据的分析和比较表明， 本系统具有较高精度， 可满足实验教学要求。
管宁，刘志刚，梁世强，张承武等人为了研究微尺度圆柱表面的自然对流换热的机理，，对水平放置在空气中的微细金属丝( 外径为 3919 35011Lm) 的自然对流换热进行了研究。 数值模拟采用二维不可压模型，，对浮升力项用 Boussinesq 假设进行处 理，并使用 SIMPLER 算法进行求解，，考虑了浮力、贴壁层厚度及边缘效应对微自然对流换热的影响.。实验采用焦耳加热的方法获得了 Nusselt 数( N u)，并将数值模拟得到的结果分别与经典关联式、实验结果进行了比较，计算结果与实验结果吻合较好，验证了计算方法的可行性.。研究结果表明: 随着微细金属丝直径的减小，表面自然对流换热系数在增大，这可能是由于尺度的缩小，使得微细金属丝的边缘效应加强，贴壁层变薄，从而强化了换热；而 Nu 则先减畜增大，数值计算结果与理论计算值的差别也随着直径的减小而增大。
张荣华，聂恒敬等人提出了-种测定对流换热系数的新方法 此方法是以传热学中非稳态导热求解法中的数学分析法集总参数分析法为基础设计的特定环境下的对流换热系数测定方法，此文全面分析了各因素对对流换热系数精度的影响，并进行了定量分析。此方法简便可靠，在-般条件下误差不超过1.6%。
热传导热对流和热辐射-般情况下并不是独立存在的，热传导时常伴有表面对流换热。 此研究的是机械零件内非等温嘲其变形的研究的-部分内容。其中的热传递现象是导热 对流系统。为了确定机械零件内的非等温场，表面对流换热系数h 是必需的参数之-。此研究采用了实验法以求得此参数，传统的实验法是以确定准则方程式的函数关系为主要内容。若采用传统的方法就显得过于复杂，因此，设计了这种以集总参数分析法为基础的对流换热系数的测定方法，即把导热体看成集总体，使得导热体的温度T只是时间t的函数，对特定环境条件下对流换热系数的获得提供了-种方便有效的方法。
总结
对流传热在工程技术中非常重要。许多工业部门中经常遇到两流体之间或流体与壁面之间的热交换问题，这类问题需用对流传热的理论予以解决。在对流传热过程中，除热的流动外，还涉及到流体的运动，温度场与速度倡会发生相互作用。对于不同情景下的对流换热系数的测定，我国研究人员已经提出了多种不同的方法，对对流换热也总结了许多通用的经验公式，到现在已经基本上能够满足工程实际的需要。
参考文献
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［4］王秋旺， 传热学课件 西安交通大学热工教，2001，5.
［5］管宁，刘志刚，梁世强，张承武. 微细金属丝在空气中自然对流换热 山东势学院能源研究所， 2001，4.
［6］ 张荣华，聂恒敬. 对流换热系数测定的-种新方法 合肥工业大学，2001，1.
［7］朱 磊，姜周曙，黄国辉. 横圆管表面空气自然对流换热测试系统开发 杭州电子科技大学自动化研究所，2011，10.