纳米流体池沸腾传热特性研究

纳米流体池沸腾传热特性研究

随着现代工业的蓬勃发展,高热流密度换热设备的高效冷却问题倍受关注。这一问题亟须解决,大大推动了纳米流体沸腾传热这一领域的发展,很多国内外

学者都对此展开了相关研究,目前已有部分成果得以实际应用。

本文对不同重力环境下水基γ-Al2O3纳米流体的传热特性进行了实验研究。本文成功搭建了纳米流体配制台和纳米流体池沸腾实验系统,并对实验系统的可靠性和重复性进行了验证。

本文在直径分别为0.03mm和0.05mm的铂丝上进行了常重力和过载下的池沸腾传热特性实验研究。实验研究的主要目的是获得池沸腾传热特性规律以及分析纳米颗粒浓度、分散剂浓度、铂丝直径及过载这些因素对传热特性的影响。

实验中铂丝的合过载范围为0–3.0g,压力为1bar,纳米颗粒浓度为0–

0.01wt%,分散剂SDBS的浓度为0–0.5wt%。根据常重下获得的实验数据,对纳米颗粒浓度、分散剂浓度和铂丝直径对纳米流体池沸腾传热特性的影响规律进行了分析。

实验结果表明沸腾传热系数随着纳米颗粒浓度的增加先得到强化然后恶化,而CHF随着浓度的增加持续增加;分散剂的添加会在加热丝表面形成烧结层,恶

化了CHF,且随着浓度的增加而恶化程度增加;小尺寸0.03mm铂丝在低热流密度

区的传热系数要高于0.05mm的铂丝,而在高热流密度得到相反的结论,这与气泡的扰动特性有关。本文进行了过载下纳米流体的沸腾传热实验研究,实验结果表明,过载对纳米流体的传热特性有一定的影响,不同浓度的纳米流体在相同过载

下的CHF得到类似于常重的传热特性,但降低了纳米流体的最佳浓度;同一浓度

纳米流体的传热系数和CHF随着过载增加的的变化规律得到不一致的结论,仍需

进行一步的实验研究;验证实验结果显示加热面上形成的多孔烧结结构是纳米颗粒影响传热的主要机理。

伸展体传热特性实验报告

具有对流换热条件的伸展体传热特性试验之实验报告 实验人：刘罗勤 学号：PB07013045 班级：0701301 一、实验题目：具有对流换热条件的伸展体传热特性试验 二、通过实验和对试验数据的分析，使我们更深入了解伸展体传热的特性并掌握求解具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。 三、基本原理 略 四、实验要求 1． 解方程 22 2 0d m dx θθ-= （1） 棒沿X 方向的过余温度 f t t θ=-分布式： () x θθ=； 221122********* 210;,cosh()sinh()cosh() ,cosh()sinh(),sinh() cosh()sinh ()sinh() cosh()sinh()sinh()sinh() d m T T T T A mx B mx dx mL A A mL B mL A B mL mL m L x mx mx mx mL mL θ θθθθθθθθθθθθθθθ∞∞-==-=-?=+-==+?==--+∴=+= （2）分析沿X 方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：L 、U 、f 、λ、 α、1W t 、2W t 、f t 对温度分布的影响（由第2题数据得出）。 60 708090100110120130 140150160170180190θ / o C X /mm 图1-1.不同的m值所对应的过余温度分布曲线 由图1-1可知，当其它参数保持不变，仅改变m 的值时，m 的值越大，棒的对应点（端点除外）的温度越小。又因为m 2=αU /λf ,所以α、U 越大，λ、f 越小，棒的对应点

（端点除图1-1.不同的m 值所对应的过余温度分布曲线外）的温度越小。 由图1-2知，当其它参数保持不变，仅改变t f 的值时，t f 的值越大，棒的对应点（端点除外）的过余温度越小。而由图1-3知，当仅改变t f 的值时，t f 的值越大，棒的对应点（端点除外）的温度也越大。 由图1-4知，当仅改变t w 的值时，t w 的值越大，棒的对应点的温度也越大。由图1-5知， θ/ o C X /mm 图1-2.不同的tf值所对应的过余温度分布曲线 θ / o C X /mm 图1-4.不同的tw1值所对应的过余温度分布曲线 图 50 607080 90100 110120130 140 150160170180 190θ /o C X /mm 图1-5.不同的L值所对应的过余温度分布曲线 t / o C X/mm 图1-3.不同的tf值所对应的温度分布曲线

纳米流体池沸腾传热特性研究

纳米流体池沸腾传热特性研究 随着现代工业的蓬勃发展,高热流密度换热设备的高效冷却问题倍受关注。这一问题亟须解决,大大推动了纳米流体沸腾传热这一领域的发展,很多国内外 学者都对此展开了相关研究,目前已有部分成果得以实际应用。 本文对不同重力环境下水基γ-Al2O3纳米流体的传热特性进行了实验研究。本文成功搭建了纳米流体配制台和纳米流体池沸腾实验系统,并对实验系统的可靠性和重复性进行了验证。 本文在直径分别为0.03mm和0.05mm的铂丝上进行了常重力和过载下的池沸腾传热特性实验研究。实验研究的主要目的是获得池沸腾传热特性规律以及分析纳米颗粒浓度、分散剂浓度、铂丝直径及过载这些因素对传热特性的影响。 实验中铂丝的合过载范围为0–3.0g,压力为1bar,纳米颗粒浓度为0– 0.01wt%,分散剂SDBS的浓度为0–0.5wt%。根据常重下获得的实验数据,对纳米颗粒浓度、分散剂浓度和铂丝直径对纳米流体池沸腾传热特性的影响规律进行了分析。 实验结果表明沸腾传热系数随着纳米颗粒浓度的增加先得到强化然后恶化,而CHF随着浓度的增加持续增加;分散剂的添加会在加热丝表面形成烧结层,恶 化了CHF,且随着浓度的增加而恶化程度增加;小尺寸0.03mm铂丝在低热流密度 区的传热系数要高于0.05mm的铂丝,而在高热流密度得到相反的结论,这与气泡的扰动特性有关。本文进行了过载下纳米流体的沸腾传热实验研究,实验结果表明,过载对纳米流体的传热特性有一定的影响,不同浓度的纳米流体在相同过载 下的CHF得到类似于常重的传热特性,但降低了纳米流体的最佳浓度;同一浓度 纳米流体的传热系数和CHF随着过载增加的的变化规律得到不一致的结论,仍需

流体力学与传热习题：problems and solutions forchapter1,2

1.3 A differential manometer as shown in Fig. is sometimes used to measure small pressure difference. When the reading is zero, the levels in two reservoirs are equal. Assume that fluid B is methane （甲烷）, that liquid C in the reservoirs is kerosene (specific gravity = 0.815), and that liquid A in the U tube is water. The inside diameters of the reservoirs and U tube are 51mm and 6.5mm , respectively. If the reading of the manometer is145mm., what is the pressure difference over the instrument In meters of water, (a) when the change in the level in the reservoirs is neglected, (b) when the change in the levels in the reservoirs is taken into account? What is the percent error in the answer to the part (a)? Solution ： p a =1000kg/m 3 p c =815kg/m 3 p b =0.77kg/m 3 D/d=8 R=0.145m When the pressure difference between two reservoirs is increased, the volumetric changes in the reservoirs and U tubes R d x D 224 4 π π = (1) so R D d x 2 ?? ? ??= (2) and hydrostatic equilibrium gives following relationship g R g x p g R p A c c ρρρ++=+21 (3) so g R g x p p c A c )(21ρρρ-+=- (4) substituting the equation (2) for x into equation (4) gives g R g R D d p p c A c )(2 21ρρρ-+?? ? ??=- (5) （a ）when the change in the level in the reservoirs is neglected, ()Pa g R g R g R D d p p c A c A c 26381.98151000145.0)()(2 21=?-=-≈-+?? ? ??=-ρρρρρ （b ）when the change in the levels in the reservoirs is taken into account ()Pa g R g R D d g R g R D d p p c A c c A c 8.28181.98151000145.081.9815145.0515.6)()(22 2 21=?-+????? ? ??=-+?? ? ??=-+?? ? ??=-ρρρρρρ error= ％＝7.68 .281263 8.281- 1.4 There are two U-tube manometers fixed on the fluid bed reactor, as shown in the figure. The

具有对流换热条件的伸展体传热特性试验

五．具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 一、实验目的 通过本实验和对实验数据的分析，加深对传热学教学内容的理解，掌握和了解伸展体传热的特性和求解具有对流换热条件的方法。 二、实验方法与设备 1. 设备的组装 将位于箱体风道中部的伸展体试验的封头取下，将图4所示的伸展体试件按铜管表面的刻线贴好热电偶（用单独的热电偶组）后插入风道，并使热电偶在背风处，如图16所示。将单独一组10对的热电偶接入热电偶组（一）接口，将伸展体试件的加热导线接入位于面板最右端的接线柱。 图16 伸展体试件安装于风道内 2. 实验原理 本实验所用试件为一圆紫铜管，其外径0d =19mm ，内径1d =17mm ，长度L=260mm ，具有对流换热的等截面伸展体(常物性)，如图17所示，取导热微分方程为： 图17 等截面伸展体对流换热示意图

0222=-θ?m dx d (1) 式中：m ——系数，c A hp m λ=， (m 1) θ——过余温度，f t t -=θ， (℃)； t ——伸展体温度， (℃)； f t ——伸展体周围介质温度， (℃)； h ——空气对壁面的表面传热系数，(c m W ο?2)； p ——横截面的周长，0d p π=，(m )； λ——空气的导热系数，（m.℃） c A ——伸展体横截面面积，4) (10d d A c -=π，(2 m )； 伸展体内的温度分布规律取决于边界条件和m 值得大小。本实验采用的试件两端为第一类边界条件，即： f w f w t t L x t t x -===-===2211,,0???? ； (2) 由此，试件内的温度分布规律为式(3)，伸展体在壁面1和壁面2的热流量分别用式(4)和式(5)计算。伸展体表面和流体之间的对流换热量用式(6)计算。 )()] ([)(12mL sh x L m sh mx sh -+=??? (3) ) (])([)(2101mL sh mL ch m A dx d A c x c θ?λθλφ-=== (4) ) ()]([)(212mL sh mL ch m A dx d A c L x c θ?λθλφ-=== (5) )(]1)()[(2121mL sh mL ch m A c --=-=θ?λφφφ (6) 根据0=dx d θ，可寻求过余温度最低值处的位置m in x })(/]/)([{12min m mL sh mL ch arcth x θθ-= (7) 3. 实验过程、数据的测量和整理

纳米流体及纳米表面的管内对流强化传热

纳米流体及纳米表面的管内对流强化传热 宏观尺度强化传热技术的发展已达到一定高度,并接近饱和；微米／纳米尺度的新技术、新材料、新方法能够提供宏观尺度下难以实现的优势,已经成为强化传热学科纵深发展的新动力。本文的研究目的是,通过采用微米／纳米尺度的强化传热技术,对管内单相对流换热及流动沸腾换热的基本物理现象及其强化机理有更深入的理解,以为新型微纳结构强化技术的开发提供数据支持与理论指导。 本文的基本内容是以纳米流体的单相对流换热为出发点,探究纳米流体与传热界面的相互作用,基于纳米流体对传热表面的改造机理,将研究扩展到纳米表 面的微细通道流动沸腾换热。本文首先对纳米流体和微纳结构工程表面的研究现状作了详尽的综述和分析,从中发现若干主题亟待研究：纳米流体的混合对流、一步法纳米流体对流换热、活性剂对换热的影响、纳米工程表面运用于微细通道沸腾传热。 对于纳米流体在大管径横管内的混合对流,本文系统地研究了二氧化硅纳米颗粒原生粒径、颗粒体积浓度、基液粘度和普朗特数等参数对于管内层流混合对流换热的影响,纳米流体混合对流换热相对于基液出现了恶化,采用混合对流判 别数和均相模型统一解释了纳米流体的混合对流传热特性。采用一步湿化学法制备了较大量稳定的二氧化硅纳米流体,在细通道内分别就其层流、湍流、混合对流进行了对流换热系数的测试,考虑热物性的改变后,其对流换热系数可以用传 统的关联式预测,并不存在奇异的强化效应。 一步法纳米流体无需使用表面活性剂,然而两步法必须采用活性剂才能稳定,这将对实验产生干扰。本文通过实验论证了表面活性剂SDBS对于细通道内流动沸腾换热的影响,活性剂溶液的表面张力大大降低,可以减小沸腾换热中汽泡的

流体力学与传热习题参考解答(英文)

1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 2222112f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22112212f U U Z g+ W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22V 20U 1.97m /s A 3600*4006===π/*.

弯月面在电场作用下的传热特性

毛细蒸发弯月面在电场作用下的传热特性摘要：基于电场增强蒸发薄液膜的传热性能，本文将电场力对液膜的作用形式转化为气液界面间的压差，并据此针对正辛烷在施加电场的硅质管道中的流动特性和传热特性建立电场强化薄液膜区换热的数学模型。该模型结合薄液膜所受毛细力、范德华力以及电场力，运用数值计算分析方法得出电场强化薄液膜区域换热的结论。结果表明，电场能延长蒸发薄液膜区域，极大增强蒸发薄液膜的传热能力。 关键词：强化换热、电场、薄液膜、蒸发、弯月面 Heat transfer characteristics of the evaporating capillary meniscus under the electric field Abstract :Based on the electric field enhance the thin liquid film evaporation heat transfer performance.This paper forms the function of the electric field force of liquid membrane into a pressure differential between the gas-liquid interface.According to the flow characteristics and heat transfer characteristics of the octane in the siliceous pipe which applies an electric field,building a mathematical model of the heat transfer in the thin liquid film zone applying an electric field.This model combined with the thin liquid film by capillary forces, van der Waals forces and electric field https://www.wendangku.net/doc/1314858928.html,ing numerical analysis method of the electric field to strengthen the conclusion of thin liquid film zone heat.The results show that the electric field can extend the thin liquid film evaporation area and greatly enhance the thin liquid film evaporation heat transfer ability. Key words: heat transfer enhancement, electric field, thin liquid film, evaporation, meniscus 毛细通道内蒸发弯月面上的蒸发传热过程是热管、微槽热管和回路热管等毛细驱动两相热传输装置的关键传热环节。有效地利用这一区域的相变传热，对提高此类装置的热传输性能有重要意义。近年来国内外实验和理论分析工作证实电场能够强化薄液膜区域换热。电场强化换热是指在换热表面的流体中施加电场，利用电场、流场和温度场之间的相互作用达到强化传热的效果[1]。实验结果

纳米流体传热性能研究进展与问题

纳米流体传热性能研究进展与问题 李新芳，朱冬生 华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室, 广州 510641 E-mail xtulxf@https://www.wendangku.net/doc/1314858928.html, 摘要：介绍了纳米流体的制备技术，重点阐述了纳米流体传热性能特异性研究进展和存在的问题，同时对今后纳米流体研究的发展方向提出了展望。 关键词：纳米流体；制备；传热性能 1. 引言 随着科学技术的飞速发展和能源问题的日益突出[1,2]，热交换设备的传热负荷和传热强度日益增大，传统的纯液体换热工质已很难满足一些特殊条件下的传热与冷却要求，低传热性能的换热工质已成为研究新一代高效传热冷却技术的主要障碍。提高液体传热性能的一种有效方式是在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子。由于固体粒子的导热系数比液体大几个数量级，因此，悬浮有固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大得许多。自从Maxwell 理论发表以来，许多学者进行了大量关于在液体中添加固体粒子以提高其导热系数的理论和实验研究，并取得了一些成果。然而，这些研究都局限于用毫米或微米级的固体粒子悬浮于液体中，由于这些毫米或微米级粒子在实际应用中容易引起热交换设备磨损及堵塞等不良结果，而大大限制了其在工业实际中的应用。 自20世纪90年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。1995年，美国Argonne国家实验室的Choi等[3]提出了一个崭新的概念－纳米流体：即将1~100nm的金属或者非金属粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性研究。研究表明[4-6]，在液体中添加纳米粒子，可以显著增加液体的导热系数，提高热交换系统的传热性能，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景。由于纳米材料的小尺寸效应，其行为接近于液体分子，不会像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果。因此，与在液体中添加毫米或微米级粒子相比，纳米流体更适于实际应用。 总之，由于纳米流体在各类科学研究和工程技术部门能够产生新的变革，加上它的运动方式新颖、能耗小、无污染和使用范围广等特点，因此受到人们极大关注。目前我国和世界上许多国家都在积极的开展这项研究，有关其基础理论和应用等方面的报道越来越多。本文简要介绍了纳米流体的制备，重点论述了纳米流体传热性能特异性研究的进展和存在的问题。 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(No.20050561017)和教育部新世纪优秀人才支持计划(No. NCET-04-0826)项目资助. - 1 -

微通道换热器流动和传热特性的研究

微通道换热器流动和传热特性的研究 微通道换热器流动和传热特性的研究 杨海明朱魁章张继宇杨萍 (中国电子科技集团公司第十六研究所,合肥230043) 摘要：通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。 关键词：微通道换热器;流动特性;传热特性;实验模型 1引言 通道式换热器是利用传热学原理将热量从热流体传给冷流体的,冷热流体分别在固体壁面的两侧流过,热流体的热量以对流和传导的方式传给冷流体。由于它结构紧凑、体积小、换热效果好,已广泛应用于红外探测、电子设备、生物医疗等工程领域的冷却中。然而随着现代科技水平的不断发展,被冷却的器件、设备其功能越来越强大,体积和重量越来越小,结构趋于复杂化,散热要求越来越苛刻,迫使采用通道式换热器的制冷器件向小型化、甚至微型化的方向发展,尤其是半导体激光器、T/R收发组件、微电子集成器件等电子仪器、设备对这方面的要求更高,于是微通道换热器(特别是微型节流制冷器MMR)的研制开发已迫切地提到了议事日程上来。 所谓微通道换热器即是采用拉丝或光刻等技术在金属、玻璃等基材上刻出几十至几百微米的细微槽道来构成换热器的壁面,再采用焊接或胶粘等方式形成封闭腔体来进行冷热流体的热交换,达到制冷的目的。国外对微通道换热特性的研究较多,但主要是进行直线微通道换热器特性的研究,早期关于其流动问题的研究是在微型Joule-Thomson制冷技术中完成的,由美国斯坦福大学利特尔(W.A. Little)教授发明,采用现代半导体光刻加工技术, 在微晶玻璃薄片上刻出几微米到几十微米的细微直线槽道,并采用胶粘技术构成气流的微型换热器、节流元件和蒸发器,从而获得了一种结构新颖的微型平面节流制冷技术以及一定的成果和专利。目前已经开发成微型制冷器,用于低温电子器件的冷却,产品照片如图3所示。 2流动、传热特性的相关准则

IC封装的热特性-热阻

IC封装的热特性 摘要：IC封装的热特性对于IC应用的性能和可靠性来说是非常关键的。本文描述了标准封装的热特性：热阻(用“theta”或Θ表示)，ΘJA、ΘJC、ΘCA，并提供了热计算、热参考等热管理技术的详细信息。 引言 为确保产品的高可靠性，在选择IC封装时应考虑其热管理指标。所有IC在有功耗时都会发热，为了保证器件的结温低于最大允许温度，经由封装进行的从IC到周围环境的有效散热十分重要。本文有助于设计人员和客户理解IC热管理的基本概念。在讨论封装的热传导能力时，会从热阻和各―theta‖值代表的含义入手，定义热特性的重要参数。本文还提供了热计算公式和数据，以便能够得到正确的结(管芯)温度、管壳(封装)温度和电路板温度。结温-PN结度 热阻的重要性 半导体热管理技术涉及到热阻，热阻是描述物质热传导特性的一个重要指标。计算时，热阻用―Theta‖表示，是由希腊语中―热‖的拼写―thermos‖衍生而来。热阻对我们来说特别重要。 IC封装的热阻是衡量封装将管芯产生的热量传导至电路板或周围环境的能力的一个标准。给出不同两点的温度，则从其中一点到另外一点的热流量大小完全由热阻决定。如果已知一个IC封装的热阻，则根据给出的功耗和参考温度即可算出IC的结温。 Maxim网站(制造商、布线、产品、QA/可靠性、采购信息)中给出了常用的IC热阻值。 定义 以下章节给出了Theta (Θ)、Psi (Ψ)的定义，这些标准参数用来表示IC封装的热特性。 ΘJA是结到周围环境的热阻，单位是°C/W。周围环境通常被看作热―地‖点。ΘJA取决于IC封装、电路板、空气流通、辐射和系统特性，通常辐射的影响可以忽略。ΘJA专指自然条件下(没有加通风措施)的数值。 ΘJC是结到管壳的热阻，管壳可以看作是封装外表面的一个特定点。ΘJC取决于封装材料(引线框架、模塑材料、管芯粘接材料)和特定的封装设计(管芯厚度、裸焊盘、内部散热过孔、所用金属材料的热传导率)。 对带有引脚的封装来说，ΘJC在管壳上的参考点位于塑料外壳延伸出来的1管脚，在标准的塑料封装中，ΘJC的测量位置在1管脚处。对于带有裸焊盘的封装，ΘJC的测量位置在裸焊盘表面的中心点。ΘJC的测量是通过将封装直接放置于一个―无限吸热‖的装置上进行的，该装置通常是一个液冷却的铜片，能够在无热阻的情况下吸收任意多少的热量。这种测量方法设定从管芯到封装表面的热传递全部由传导的方式进行。 注意ΘJC表示的仅仅是散热通路到封装表面的电阻，因此ΘJC总是小于ΘJA。ΘJC表示是特定的、通过传导方式进行热传递的散热通路的热阻，而ΘJA则表示的是通过传导、对流、辐射等方式进行热传递的散热通路的热阻。 ΘCA是指从管壳到周围环境的热阻。ΘCA包括从封装外表面到周围环境的所有散热通路的热阻。 根据上面给出的定义，我们可以知道： ΘJA= ΘJC+ ΘCA ΘJB是指从结到电路板的热阻，它对结到电路板的热通路进行了量化。通常ΘJB的测量位置在电路板上靠近封装的1管脚处(与封装边沿的距离小于1mm)。ΘJB包括来自两个方面的热阻：从IC的结到封装底部参考点的热阻，以及贯穿封装底部的电路板的热阻。 测量ΘJB时，首先阻断封装表面的热对流，并且在电路板距封装位置较远的一侧安装一个散热片。如下图1所示：

流体力学与传热习题：solutions

1.3 Solution ： p a =1000kg/m 3 p c =815kg/m 3 p b =0.77kg/m 3 D/d=8 R=0.145m When the pressure difference between two reservoirs is increased, the volumetric changes in the reservoirs and U tubes R d x D 224 4 π π = (1) so R D d x 2 ?? ? ??= (2) and hydrostatic equilibrium gives following relationship g R g x p g R p A c c ρρρ++=+21 (3) so g R g x p p c A c )(21ρρρ-+=- (4) substituting the equation (2) for x into equation (4) gives g R g R D d p p c A c )(2 21ρρρ-+?? ? ??=- (5) （a ）when the change in the level in the reservoirs is neglected, ()Pa g R g R g R D d p p c A c A c 26381.98151000145.0)()(2 21=?-=-≈-+?? ? ??=-ρρρρρ （b ）when the change in the levels in the reservoirs is taken into account ()Pa g R g R D d g R g R D d p p c A c c A c 8.28181.98151000145.081.9815145.0515.6)()(22 2 21=?-+????? ? ??=-+?? ? ??=-+?? ? ??=-ρρρρρρ error=％＝7.68 .281263 8.281-

第十八章 热传导反问题

第18章:热传导反问题 本章导读 Deform3d中得Inverse heat transfer wizard模块得目得就是获得工件热传导区域得热传导系数函数。具体方法就是一个被热电偶处理过得工件进行淬火处理或其她热处理,在热处理中把热电偶处理过得位置对应得时间温度数据收集起来做成数据文件。基于初始猜测得热传导系数,DEFORM3D将会运行一个淬火处理或其她热处理得仿真。最后DEFORM3D最优化程序将会对比仿真出来得时间温度数据与实验得到得时间温度数据,并且进行最优化运算直到达到一个最优值。 预备知识 热传导反问题就是反问题中得重要一类,即通过给出物体表面热流以及对物体内部得一点或多点得温度观测值,反过来推倒物体得初始状态、流动状态、边界条件、内部热源与传热系数等。由于在实际工程中,材料得热传导特性以及边界条件、内部热源位置等往往就是不知道得,她们很难测量得到甚至根本无法直接测量得到,从而以物体表面热流、部分内部点得温度测量值等温度信息为基础,借助一些反演分析方法进行辨识就是解决这类问题得有效方法。在反问题中,将反演参数作为优化变量,测点温度计算值与测量值之间得残差作为优化目标函数,通过极小化目标函数进行仿真。 热传导反问题(inverseheatconductionproblem, IHCP)就是基础传热学研究得热点之一,在宇宙航天、原子能技术、机械工程以及冶金等与传热测量有关得工程领域中已获得了广泛得应用研究。下面我们就热传导反问题在某些领域得应用做一简要概述: 1、无损探伤领域:对蒸汽管道、钢包等圆筒体进行疲劳分析时,需要知道内壁得温度等边界条件,但就是内壁温度往往很难直接测得,而外壁温度可以直接测得,为此,人们可以通过外壁温度分布信息来反演内壁温度得分布得情况,进而得到内壁得几何形状,实现无损探伤得目得。 2、宇宙航天领域:在引导航天器返回地面过程中,由于气动加热作用,航天器表面热流密度极高,甚至可能会影响到航天器得安全,但就是其准确值无法直接测量,可以通过测量航天器内壁得某些温度信息来推算外壁得热流。(热流量就是一定面积得物体两侧存在温差时,单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递得热量。) 3、生物医学领域:由于人体生理过程发生局部破坏时会伴有身体组织热状态得某些改变,因此在医学上可以利用人体表面温度场得变化特征作为病情得依据,对人体生理过程发生破坏情况进行分析。 4、冶金领域:在高炉炼钢过程中,由于钢水得高温作用,会不断复试炼钢炉内壁,当炼钢炉内壁腐蚀到一定程度时,就需要马上更换,如果更换不及时,可能会导致严重得安全生产事故,但就是如果盲目得停产来检查,也会带来很大得成本支出,为此,希望通过测量外面得温度来反推炉壁得厚度,以保证安全生产及最低得成本支出。 5、原子能技术领域:在核反应堆冷却装置中,由于链式反应产生了大量热能,需要用循

流体力学与传热学

1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的（热传导）和边界层外的（对流传热）合并考虑，并命名为给热。 2、在工程计算中，对两侧温度分别为 t1,t2 的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。答案；λ = 3、图 3-2 表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为或。体的走向为 管程，管程流 1 1 4 2 2 3 3 5 图 3-2 3-18 附图答案：4；2 → 4 → 1 → 5 → 3；3 → 5 → 1 → 4 → 2 4、4.黑体的表面温度从 300℃升至 600℃，其辐射能力增大到原来的（5.39）倍. 答案: 5.39 分析: 斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的 4 次方成正比, ? 600 + 273 ? 摄氏温度,即 ? ? =5.39。 ? 300 + 273 ? 5、 3-24 用 0.1Mpa 的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内， 20℃升至 60℃，由则管内壁的温度约为（100℃） 6、热油和水在一套管换热器中换热，水由 20℃升至 75℃。若冷流体为最小值流体，传热效率 0.65，则油的入口温度为 (104℃)。 7、因次分析法基础是 (因次的一致性)，又称因次的和谐性。 8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的(剪应力) 9、如果管内流体流量增大 1 倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大到原来的(2 倍) 10、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时4 倍。 11、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的（速度梯度），即使（粘度）很小，（内摩擦应力）仍然很大，不容忽视。 12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的（惯性力）与（粘性力）之比。 13、滞流与湍流的本质区别是（滞流无径向运动，湍流有径向运动） 二、问答题：问答题： 1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，释放出大量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很大，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到日益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现象，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。 2、下图所示的两个 U 形管压差计中,同一水平面上的两点 A、或 C、的压强是否相等？ B D P1 A P2 p 水 B C 空气 C 水银图 1－1 D 水 P1 1－1 附图 P2 A B D p h1 。 答：在图 1—1 所示的倒 U 形管压差计顶部划出一微小空气柱。空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为 P。由流体静力学基本方程式： p A = p + ρ空气 gh1 + ρ水 gh1 p B = p + ρ空气 gh1 + ρ空气 gh 1 Q ρ水 > ρ空气 p C = p + ρ空气 gh1 ∴ p A> pB 即 A、B 两点压强不等。而

流体力学与传热习题参考解答(英文)

1. Water is pumped at a constant velocity 1m/s from large reservoir resting on the floor to the open top of an absorption tower. The point of discharge is 4 meter above the floor, and the friction losses from the reservoir to the tower amount to 30 J/kg. At what height in the reservoir must the water level be kept if the pump can develop only60 J/kg? 222211 2f 1U P U P w=Z g+h (Z g+)22ρρ ++-+ U 1=0 12P =P 10Z = W=60j/kg f h 30/kg = 2U =1m/s 2(60300.5)/g 3m Z =--= 21Z Z Z 431m ?=-=-= 2. The fluid (density 1200 kg/m 3 ) is pumped at a constant rate 20 m 3 /h from the large reservoir to the evaporator. The pressure above the reservoir maintains atmosphere pressure and the pressure of the evaporator keeps 200 mmHg (vacuum). The distance between the level of liquid in the reservoir and the exit of evaporator is 15 meter and frictional loss in the pipe is 120 J/kg not including the exit of evaporator, what is the pump effective work and power if the diameter of pipe is 60 mm? 22 1 1 2212f U U Z g+ W Z g+h 22 ρρP P ++=++ 10P = 5422200 P x1.013x10 2.67x10N /m 760 =-=- 31200Kg /m ρ= 1U 0= f h 120J /kg = 22 V 20U 1.97m /s A 3600*4006===π/*. 1Z 0= 2Z 15= 42 2.67x101.97W 15x9.81120246.88J /kg 12002 =-+++= N W Q 246.88x1200x20/3600=1646W ρ== 3. Water comes out of the pipe (Φ108x4 mm), as shown in Fig. The friction loss of the pipeline which does not cover the loss at the exit of pipe can be calculated by the following equation:

热传导原理

第一节 热传导 一、傅立叶定律 如图4—1所示，热能总是朝温度低的方向传导，而导热速率dQ 则和温度梯度 n t ??以及垂直热流方向的截面dA 成正比： dQ=-dA n t ??λ (4—1) 式中负号表示dQ 与 n t ??的方向相反，比例系数λ称为导热系数。根据傅立 叶定律（4—1）可以导出各种情况下的热传导计算公式。 图4—1 温度梯度与 图4—2单层平壁的 热流方向的关系 稳定热传导 二、导热系数 导热系数的定义式为：

n t dA dQ ??= λ （4—2） 导热系数在数值上等于单位导热面积、单位温度梯度下在单位时间内传导的热量，这也是导热系数的物理意义。导热系数是反映物质导热能力大小的参数，是物质的物理性质之一。 导热系数一般用实验方法进行测定。通常金属导热系数最大，非金属固体的导热系数较小，液体更小，而气体的导热系数最小。因而，工业上所用的保温材料，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数小，适用与保温隔热。 三、平壁的稳定热传导 （一） （一）单层平壁 如图4—2所示，平壁内的温度只沿垂直于壁面的x 方向变化，因此等温面都是垂直于x 轴的平面。根据傅立叶定律可由下式求算： 导热热阻导热推动力 =?=-= -= R t A b t t t t b A Q λλ2121)( (4—3) 利用上式可解决热传导量（或热损失）Q ；保温材料厚度b ； 外侧温度t 2；结合热量衡算式可进行材料导热系数λ的测定。 设壁厚x 处的温度为t ，则可得平壁内的温度分布关系式（4—4），表示平壁距离和等温面t 两者的关系为直线关系。 A Qx t t λ- =1 (4—4) (二) 多层平壁 在稳定导热情况下，通过各层平壁的热速率必定相等，即 Q 1= Q 2=Q Q n == 。则通过具有n 层的平壁，其热传导量的计算式为： R t A b t t Q i i n i n ∑?∑=-= ∑=+导热总热阻导热总推动力λ111

流体力学与传热200612A(附参考标准答案)

,考试作弊将带来严重后果! 华南理工大学期末考试 《 流体力学与传热 》试卷 1. 考前请将密封线内填写清楚; ２. 所有答案请直接答在试卷上（或答题纸上)； 3.考试形式:闭卷； 、 流体在圆形管道中作完全湍流流动，如果只将流速增加一倍,阻力损失为原来的 4 倍；如果只将管径增加一倍而流速不变，则阻力损失为原来的 1/２ 倍。 、离心泵的特性曲线通常包括 H-Q 曲线、 N －Q 和 η－Ｑ 曲线 、气体的粘度随温度升高而 增加 ,水的粘度随温度升高而 降低 。 ４、测量流体体积流量的流量计有 转子流量计 、 孔板流量计 和 涡轮流量计。 、(１)离心泵最常用的调节方法是 Ｂ （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 改变压出管路中阀门的开度 （C ） 安置回流支路，改变循环时的大小 （D ） 车削离心泵的叶轮 ）漩涡泵常用的调节方法是 B （A ） 改变吸入管路中阀门开度 （B ） 安置回流支流，改变循环量的大小 （C ） 改变压出管路中阀门的开度 （D ） 改变电源的电压。 6、沉降操作是指在某种 力场 中利用分散相和连续相之间的 密度 ,使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 、最常见的间歇式过滤机有 板框过滤机和叶滤机 连续式过滤机有 真空转筒过滤机 。 、在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体,应让加热蒸汽在 壳程流动,加热器顶部设 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降。 、(1)为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是 Ａ (A ）表面光滑,颜色较浅; （B)表面粗糙,颜色较深 （C ）表面粗糙,颜色较浅 (2）某一套管换热器用管间饱和蒸汽加热管内空气,设饱和蒸汽温度为C ?100，空气进口温度为C ?,出口温度为C ?80，问此套管换热器内管壁温应是＿Ｃ__。 （A)接近空气平均温度 (B ）接近饱和蒸汽和空气的平均温度 （C ）接近饱和蒸汽温度 、举出三种间壁式换热器 套管 、 夹套换热器 、 蛇管换热器 。

具有对流换热条件的伸展体传热特性实验

传热实验指导书 具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 上海交通大学 机械与动力工程学院 教学实验中心 二OO四年五月

具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 1 具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 工程中有许多热量沿着细长突出物传递的问题。它的基本特征是：某种细长形状的物体，从某温度的基面伸向与其温度不同的流动介质中，热量从基面沿着突出方向传递的同时，还通过表面与流体进行对流换热。因而沿突出物的伸展方向温度也相应地变化。 本实验是测量一等截面的伸展体，在与流体间进行对流换热的条件下，沿伸展体的温度变化。 一、实验目的及要求 通过实验和对实验数据的分析，深入了解伸展体传热的特性，并掌握求介质具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。 二、基本原理 具有对流换热的等截面伸展体，当长度与截面之比很大时(常物性)其微分方程式为： 222d 0d m x θθ?= (1.1) 式中：m ——系数，f u m λα=； θ ——过余温度，θ = t – t f ，℃； t ——伸展体温度，℃；t f ——伸展体周围介质的温度，℃； α——空气对壁面的换热系数，W/(m 2·℃)； u ——伸展体周长。本实验中u =πd 0，m ； f ——伸展体横截面积，本试件为)(42120d d f ?=π m 2 伸展体内的温度分布规律，由边界条件和m 值定。 三、实验装置及测量系统 本实验装置由风道、风机、实验元件、主付加热器、测温热电偶等组成。详见装置系统图1-1。

上海交通大学机械与动力工程学院教学实验中心 2 试件是一紫铜管，放置在一风道中，由风机和风道造成空气均匀地横向流过管子表面的对流换热条件。管子表面各处的换热系数基本上是相同的。管子两端装有加热器，以维持两端处于所要求的温度状况。这样就构成了一个两端处于某温度的、中间具有对流换热条件的等截面伸展体。 管子两端的加热器，通过调压变压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。 为了改变空气对管壁的换热系数，风机的工作电压亦相应地可作调整，以改变空气流过管子表面时的速度。 为了测量铜管沿管长的温度分布，在管内安装有可移动的热电偶测温头，其冷端就放置在空气流中，采用的是铜-康铜热电偶。这样通过UJ ?36电位差计测出的热电势，就反映了管子各截面的过余温度。其相应的位置由带动热电偶测温头的滑动块在标尺上读出。 试件的基本参数： 管子外径d 0= 管子内径d 1= 管子长度L = 管子导热系数λ= 四、完成本实验的具体做法 1. 解方程0d d 222=?θθm x 截面积为f ，周长为U 的等截面体，其导热系数为λ，W/(m·℃)，两端分别与相距L 的两大平壁相连接，平壁保持定温t w1和t w2，园棒与空气接触，空气温度为t f （设t w1＞t f ＜t w2＝，棒与 空气的对流换热系数为α ，W/(m 2·℃)，见图1-2，求： (1) 棒沿x 方向的过余温度θ = t – t f 分布是：θ =θ (x )； (2) 分析沿x 方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：L 、U 、f 、λ、α、t w1、t w2、t f 对温度分布的影响； (3) 棒的最低温度截面的位置表达式(当0＜x ＜L 存在最低温度值时＝； (4) 棒两端由壁导入的热量Q 1及Q 2。 2. 练习 直径为25mm ，长为300mm 的钢棒[λ=50W/(m·℃)]，两端分别与大平壁相连接。平壁保持定温t w1=200℃，t w2=150℃，钢棒向四周空气散热，空气温度为t f =20℃，对流换热系数为1. 风机；2. 风道；3. 等截面伸展体；4. 主加热器；5. 测温热电偶；6.付加热器； 7. 热电偶拉杆及标尺； 8. 热电偶冷端；9. 电位差计； 10. 电压表；11. 风机变速开关；12. 调压变压器 图1-1 伸展体传热特性实验装置及测量系统图 图1-2