空氣橫掠單管時(shí)平均換熱系數(shù)的測(cè)定

1、傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)二空氣橫掠單管時(shí)平均換熱系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定空氣橫掠單管時(shí)的平均換熱系數(shù)，并將數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式。2 了解對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)的方法，學(xué)會(huì)用相似理論處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。3 學(xué)習(xí)風(fēng)速、溫度、加熱功率測(cè)量的基本技能。二實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)對(duì)流換熱的分析，受迫流動(dòng)的換熱規(guī)律可用下列準(zhǔn)則關(guān)系式表示Nu=f(Re, Pr) (1)對(duì)于空氣，普朗特?cái)?shù)可視為常數(shù)。故（1）式又簡(jiǎn)化為Nu=f(Re) (2)努謝爾特?cái)?shù) Nu=雷諾數(shù) Re=hd (4) 其中： h 空氣橫掠單管時(shí)的平均換熱系數(shù)，（w/m2·K）u 來流空氣的速度， （m/s） 空氣的導(dǎo)熱系數(shù)， （w/m·K） 空氣的運(yùn)

2、動(dòng)粘度， （m2/s）要通過實(shí)驗(yàn)確定空氣橫掠單管時(shí)Nu與Re的關(guān)系，就需要測(cè)定不同流速以及不同管子直徑d時(shí)的換熱系數(shù)h 。因此，本實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量的基本量為管子所處的空氣流速、空氣溫度、管壁溫度及管子的加熱量。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)見圖1。實(shí)驗(yàn)本體有風(fēng)箱1、風(fēng)機(jī)2、有機(jī)玻璃風(fēng)道3組成。試驗(yàn)管為薄壁不銹鋼圓管4，安裝在有機(jī)玻璃風(fēng)道實(shí)驗(yàn)段中間。采用低電壓大電流的直流電對(duì)試驗(yàn)管直接加熱。低壓大電流直流電由硅整流電源5供給。調(diào)整硅整流電源可改變加熱功率。為使雷諾數(shù)Re有較大的變化范圍，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用同時(shí)改變空氣流速和管子直徑的方法?？諝饬魉賣通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口處的調(diào)風(fēng)門6來改變。管子直徑采用更換不同直徑的試驗(yàn)管改

3、變。四測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)步驟在試驗(yàn)管處風(fēng)道中裝有畢脫管7，通過傾斜式微壓計(jì)8測(cè)出實(shí)驗(yàn)段中空氣來流的動(dòng)壓H，然后計(jì)算空氣流速u。為了準(zhǔn)確測(cè)定試驗(yàn)管上的加熱功率并排除管子兩端的影響，在距離管端一定距離處焊有二電壓測(cè)點(diǎn)a 、b，經(jīng)過分壓箱9和轉(zhuǎn)換開關(guān)10，用電位差計(jì)11準(zhǔn)確測(cè)定該二電壓測(cè)點(diǎn)處的電壓降U。試驗(yàn)管的加熱回路中串聯(lián)了一標(biāo)準(zhǔn)電阻12，電流流過標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)的電壓降U經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)10和電位差計(jì)11測(cè)量，然后確定流過試驗(yàn)管的工作電流I。空氣溫度tf用水銀溫度計(jì)測(cè)量。為了確定實(shí)驗(yàn)管壁的溫度tw，在試驗(yàn)管內(nèi)壁埋設(shè)熱電偶13(熱端)，由于管壁很薄，僅0.20.3mm，故可足夠準(zhǔn)確地認(rèn)為外壁溫度tw等于內(nèi)壁溫度t

4、w´。為使測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)化，等冷端熱電偶14置于空氣流中。既熱端所處溫度為管內(nèi)壁溫度tw，冷端所處為空氣溫度tf，由電位差計(jì)測(cè)出溫差熱電勢(shì)E（tw ´,tf）。試驗(yàn)管為一有內(nèi)熱源的圓筒形壁。實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)每一種直徑的管子，空氣流速可調(diào)整45個(gè)工況，加熱電流可根據(jù)管子直徑及風(fēng)速大小適當(dāng)調(diào)整，保持管壁與空氣間有一定的溫差。每調(diào)整一個(gè)工況，須待工ud (3) 1傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)二況穩(wěn)定后才能測(cè)量有關(guān)數(shù)據(jù)。五實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式1空氣流速u u=2g介H空 (m/s)式中：g 重力加速度 （m/s2）H 微壓計(jì)壓差， （m）33 介 酒精的密度(介=0.89 kg/m) （kg/m）空 空氣的密度， （k

5、g/m3）2 管子加熱量QQ=UI （W）式中 U 試驗(yàn)管二電壓測(cè)點(diǎn)間的電壓降， （V）I 流過試驗(yàn)管的電流， （A）3 管子平均放熱系數(shù)h h=QA(tW-tf) （W/m·） 2式中 A 為試驗(yàn)管面積， ( m2)4 準(zhǔn)則方程式（1）根據(jù)每一次試驗(yàn)工況所測(cè)得的值可計(jì)算出相應(yīng)的Nu值及Re值。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，如以Nu為縱軸，Re為橫軸，將各工況點(diǎn)在圖上表示，它們的規(guī)律可近似地用一直線表示： LgNu= + m Lg Re則Nu數(shù)和Re數(shù)之間的關(guān)系可近似表示為一指數(shù)方程的形式： Nu=CRem 其中=LgC ，如用x=LgRe,y=LgNu代替，則可表示為： y=+mx（2）根據(jù)最小二乘法原理，系數(shù) 及m 可按下式計(jì)算：xyx-yx=(x)-nx222 m=xy-nxy(x)-nx22式中： n實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)目xy(LgRe)(LgNu)；x2=(LgRe)2 ；y =LgNu， 計(jì)算Nu 數(shù)及Re數(shù)時(shí)所用物性參數(shù)、以邊界層的平均溫度tm=作為定性溫度，查有關(guān)表格。六實(shí)驗(yàn)報(bào)告1按實(shí)驗(yàn)工況，做好并提交實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄（表1）。 12(tf+tw)2按實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式，做好并提交實(shí)驗(yàn)各工況數(shù)據(jù)處理（表2）。3在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出各