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研究目的：实验获得单相对流传热表面传热系数h，Nu*传热学HeatTransfer内部强制对流外部强制对流大空间自然对流有限空间自然对流第六章单相对流传热的实验关联式如何做实验？§6-1相似原理及量纲分析实验研究仍然是解决复杂对流换热问题的主要方法,相似原理则是指导实验研究的理论。相似原理可以回答如下问题：如何安排实验？并应该测量哪些参数？实验后如何整理实验数据？获得的结果可以推广应用的条件是什么？一、相似的概念(similarity,similar)1.几何相似图形各对应边成比例凡人皆等高，人身高/手长＝2.5２.物理量场相似同名的物理量在所有对应时刻、对应地点的数值成比例。例：流体在圆管内稳态流动时速度场相似，则３.物理现象相似对于两个同类的物理现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称此两现象彼此相似。如，对于两个稳态的对流换热现象，如果彼此相似，则必有换热面的几何形状相似、温度场、速度场及物性场等相似。同类现象是指用相同形式和内容的微分方程式（控制方程+单值性条件方程）所描写的现象。不同类现象(如电场与温度场)，analogy/similarity二、相似原理相似原理描述物理现象相似的特性、相似特征数间的关系及相似判别的准则。1.相似的特性彼此相似的物理现象，同名的相似特征数（准则数）相等。两相似的物理现象，其与现象有关的物理量一一对应成比例，但是各比例系数不是任意的，它由描述现象的微分方程相互制约，该制约关系可由相似特征数表示。①相似分析法相似分析法、量纲分析法等方法得到相似特征数。假设对流传热现象A与对流传热现象B相似，根据物理现象相似的定义，它们必须是同类的对流传热现象，用形式和内容完全相同的方程来描写，并且所有的物理量场必须相似。于是，由对流传热过程方程式可得现象A：现象B：②量纲分析法(dimensionalanalysis)Π定理：一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换成包含n-r个独立的无量纲物理量群之间的关系，r为n个量纲涉及的基本量纲Π定理方法n个物理量r个独立基本量n-r个导出量选r个独立基本量组成n-r个独立Π数量纲分析方法等量纲和谐原理国际单位制中的7个基本量：长度[m]，质量[kg]，时间[s]，温度[K]，电流[A]，物质的量[mol]，发光强度[cd]上面涉及了4个基本量纲：时间[T]，长度[L]，质量[M]，温度[?]?r=4?n–r=3，即应该有三个无量纲量，因此，选定4个基本物理量，与其它量组成三个无量纲量。选u,d,?,?为基本物理量b.组成三个无量纲量c.求解待定指数，以?1为例a.确定相关的物理量n及基本量纲r单相、强制对流根据相似的这种性质，在实验中就只需测量各特征数所包括的量，避免了测量的盲目性，解决了实验中测量哪些量的问题。2.相似特征数间的关系描述现象的微分方程组的解，原则上可以用相似特征数之间的函数关系表示。对于无相变强制对流换热：自然对流换热：混合对流换热：按上述关联式整理实验数据，就能得到反映现象变化规律的实用关联式,从而解决了实验中实验数据如何整理的问题。3.判别相似的条件(necessaryandsufficientcondition)①凡同类现象、单值性条件相似、同名已定特征数相等，那么现象必定相似。②单值性条件：初始条件/边界条件/几何条件/物理条件4.综上，相似原理全面回答了实验研究中会遇到的三个问题：②实验结果应整理成特征数间的关联式③实验结果可以推广应用到与实验相似的情况③已定特征数：由所研究物理现象中已知量组成的特征数①实验时，应当以相似特征数作为安排实验的依据并测量各特征数中包含的物理量§6-2相似原理的应用一、应用相似原理指导实验的安排与实验数据的整理1.应用相似原理可以大大减少实验次数而又得出有一定通用性的结果2.应当以已定特征数为参数来安排实验3.相似原理仅指出原则性的联系而未具体给出关系式，常用的整理对流换热的函数形式(实验关联式)为幂函数形式(准则方程或特征方程)实验结果应表示成待定特征数与已定特征数的函数关系式中，C、n、m等需由实验数据确定采用作图法（适用于比较少的实验点）或最小二乘法确定0采用最小二乘法确定关联式中各常数是最可靠的方法幂函数在对数坐标图上是直线①固定某一Re数下获得不同流体(Pr数不同)的实验值，在双对数坐标上（Nu~Pr）确定指数m②固定某一Pr数下