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空气横掠管束时的强迫对流传热实验

13级能动卓越唐萍南201323060314

同组人员：方迅舟潘捷陈明松

摘要：对管束的排列方式、空气来流速度的大小对换热系数的影响进行了实
验验证。并根据最小二乘法等数据处理方法整理了使用本系统测试的实验数据,
对实验数据进行了分析与讨论。以图表的形式清晰的表述了影响因素的不同带来
的变化规律。实验系统结构合理紧凑、实验精度较高。通过此次实验，很好的帮
助了学生了解换热系数在空气横掠管束时的主要影响因素，对以后的学习以及工
作中从事换热方面的研究打下坚实的基础。

关键词：叉排，顺排，换热系数，来流速度

目录

一.实验原理..............................................................1

1.1管束排列方式对换热系数的影响：....................................1

1.2来流速度对换热系数的影响：........................................2

二．实验装置及测量系统..................................................2

三．实验步骤.............................................................3

四．实验数据计算方法....................................................4

五．试验结果分析........................................................6

5.1试验结果处理步骤（以50pa动压顺排方式为例）.......................6

5.1来流速度对换热系数的影响试验结果分析..............................7

5.2管束排列方式对换热系数的影响验结果分析............................9

六.实验优缺点分析.....................................................11

对流换热是传热学中最基本、最重要的研究领域之一，流体横掠管束管束时
的对流换热其换热系数除受到管径影响外，还受到管距、管排数和排列方式的影
响。由于相邻圆管的影响，流体在管间的流动截面交叉减少，流体在管间交替加
减速，管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加减速的程度，管束排列

方式对换热系数h的影响比较明显。本文将从管束的排列方式、空气来流速度的
大小对换热系数的影响方面展开细致的讨论。

一.实验原理

1.1管束排列方式对换热系数的影响：

流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管
距，管排数和排列方式也影响对流传热系数。由于相邻管子的影响，流体在管间
的流动截面交叉的减少，流体在管间交替地加速和减速。管距地大小影响流体流
动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。

从第二排起，后排管子受第一排尾部涡流的的影响。在尾部涡旋的作用下，

后排管子的对流传热系数h比前排高，也就是说，第二排管子受第一排尾部涡流
的影响，h1＞h2；第三排管子受第二排尾部涡流的影响，而且由于这种涡流经第
一排和第二排管束的共同作用，扰动更强烈，所以h3＞h2。同样h4＞h3...，但
经过几排管子以后扰动基本稳定，hz几乎不再变化。

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管束排列方式对h的影响比较明显。由图1可见顺排时后排管子直接位于前
排管子的尾流中，部分管面没有受到来流的直接冲刷，而叉排时后排管子受到前
排管子间来流的直接冲刷，因而管子前半部分的传热情况要比顺排好，整个叉排

管束的平均对流传热系数比顺排高。工程商大多数管束处于Re不大的情况下，
符合上述情况。在Re较高时，由于顺排管束尾部涡流增强，使后排管子受到尾
流影响的面积增加，而且由于涡流增强，扰动更强烈，以致顺排束的队里传热系
数可超高叉排管束。

1.2来流速度对换热系数的影响：

在同一种管排方式下，当空气来流速度不断变化时，可以从图一想象的到，
空气的涡流将更加的紊乱，扰动将愈加的强烈，这样一来便可在相同的时间内带
走更多的热量，导致换热系数的变化。同时，可以从书上所给关联式知道，努谢
尔数与雷诺数成正比，而雷诺数与空气来流速度成正比，由此可知空气来流速度
增加，换热系数将增加。

二．实验装置及测量系统

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三．实验步骤

1.连接并检查所有