自然對流換熱系數實驗平臺設計 文獻綜述
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- 畢業論文前言
本文介紹了國內外對流換熱系數測定的不同方法及相關研究的最新發展狀況，重點為自然對流換熱系數的測定。導熱系數測定與自然對流換熱系數測定是工科院校傳熱學課程的兩個基本實驗，也是生產生活之中重要的換熱過程。對流換熱的研究在我國研究領域有著舉足輕重的作用。
正文
自然對流換熱是指不依靠泵或風機等外力推動，由流體自身溫度場的不均勻性造成流體的流動，由此引起的對流換熱。各種熱工設備和管道的熱表面向周圍空氣的對流散熱就是典型的自然對流換熱的應用實例。由此看來自然對流換熱是生產生活中非常普遍又極其重要的換熱過程。對流換熱系數是求解伴有表面對流換熱的熱傳導問題的重要參數之一，是研究熱工設備散熱的前提。
朱磊，姜周曙，黃國輝等人為了更好地研究受熱橫圓管在大空間中的自然對流換熱現象，設計開發了橫圓管表面空氣自然對流換熱測試系統。該測試系統采用上下位機模式，可實現橫圓管的自然對流換熱系數的測定和準則關聯式的驗證，采用高精度的數據采集板實現精確測量; 并以計算機為監測單元，選用. NET Framework 2. 0 開發平臺，采用面向對象的編程思想，開發了相應的測控軟件，能實時檢測、記錄、顯示、存儲和處理采集的數據，通過對換熱過程的實時監測和數據分析可加深對自然對流換熱過程的理解。實際應用結果表明，該測試系統具有功能完善、測量精度高、重復性好等優點，很好地滿足了自然對流換熱測試的要求。此研究研制成功的測試系統實現了橫圓管的自然對流過程監測、換熱系數測定和準則關聯式驗證等功能。
宋藝新，段遠源在清華大學985教學經費的支持下, 設計和新建了一套橫管外表面的大空間自然對流實驗系統, 此實驗系統主要由本體系統、電加熱測量系統和測溫系統3部分組成。此實驗的影響因素很多, 若要得到較理想的實驗精度, 達到較好的實驗效果, 必須對每個細節均加以周密設計。為保證實驗管段為自然對流實驗條件, 首先必須盡可能地減少外界對實驗管段的影響。宋藝新，段遠源將實驗室從空間上隔斷為實驗本體室和控制測量室兩部分, 在實驗本體室中僅布置了實驗管和冰瓶, 實驗期間無人員進出; 所有的測 量信號以及加熱控制等均通過導線引出, 在控制測量室中完成。實驗本體室與控制測量室之間使用直達天棚的鋁合金門窗隔斷, 對鋁合金門還進行了專門的密封處理。為保證實驗本體室的絕對密封, 使外界的環境對實驗管沒有干擾, 對實驗本體室采取了如下措施: 在原本雙層玻璃窗的內側又加裝一層 5毫米厚的玻璃將窗戶封死; 在暖氣管道上加裝閥門, 供暖季節實驗時可截斷本實驗室的暖氣避免干擾, 在閥門前端的暖氣管道外表面加裝了較厚的保溫層; 在通過室內的一根自來水管表面加裝了保溫層。此測試系統采用了一些新的實驗技術, 提高了實驗精度, 達到了較好的實驗教學效果。新設計的實驗系統結構合理,實驗臺的 8 根加熱管可同時加熱, 也可分別加熱, 組合靈活。實驗臺具有使用安全、維修、安裝方便的特點。對實驗數據的分析和比較表明, 本系統具有較高精度, 可滿足實驗教學要求。
管寧，劉志剛，梁世強，張承武等人為了研究微尺度圓柱表面的自然對流換熱的機理,，對水平放置在空氣中的微細金屬絲( 外徑為 3919~ 35011Lm) 的自然對流換熱進行了研究。 數值模擬采用二維不可壓模型,，對浮升力項用 Boussinesq 假設進行處 理，并使用 SIMPLER 算法進行求解,，考慮了浮力、貼壁層厚度及邊緣效應對微自然對流換熱的影響.。實驗采用焦耳加熱的方法獲得了 Nusselt 數( N u)，并將數值模擬得到的結果分別與經典關聯式、實驗結果進行了比較，計算結果與實驗結果吻合較好,驗證了計算方法的可行性.。研究結果表明: 隨著微細金屬絲直徑的減小，表面自然對流換熱系數在增大,這可能是由于尺度的縮小,使得微細金屬絲的邊緣效應加強，貼壁層變薄，從而強化了換熱；而 Nu 則先減小后增大,數值計算結果與理論計算值的差別也隨著直徑的減小而增大。
張榮華，聶恒敬等人提出了一種測定對流換熱系數的新方法 此方法是以傳熱學中非穩態導熱求解法中的數學分析法集總參數分析法為基礎設計的特定環境下的對流換熱系數測定方法，此文全面分析了各因素對對流換熱系數精度的影響，并進行了定量分析。此方法簡便可靠，在一般條件下誤差不超過1.6%。
熱傳導熱對流和熱輻射一般情況下并不是獨立存在的，熱傳導時常伴有表面對流換熱。 此研究的是機械零件內非等溫場及其變形的研究的一部分內容。其中的熱傳遞現象是導熱 對流系統。為了確定機械零件內的非等溫場，表面對流換熱系數h 是必需的參數之一。此研究采用了實驗法以求得此參數，傳統的實驗法是以確定準則方程式的函數關系為主要內容。若采用傳統的方法就顯得過于復雜，因此，設計了這種以集總參數分析法為基礎的對流換熱系數的測定方法，即把導熱體看成集總體，使得導熱體的溫度T只是時間t的函數，對特定環境條件下對流換熱系數的獲得提供了一種方便有效的方法。
總結
對流傳熱在工程技術中非常重要。許多工業部門中經常遇到兩流體之間或流體與壁面之間的熱交換問題，這類問題需用對流傳熱的理論予以解決。在對流傳熱過程中，除熱的流動外，還涉及到流體的運動，溫度場與速度場將會發生相互作用。對于不同情景下的對流換熱系數的測定，我國研究人員已經提出了多種不同的方法，對對流換熱也總結了許多通用的經驗公式，到現在已經基本上能夠滿足工程實際的需要。
參考文獻
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