空氣橫掠單管外換熱系數(shù)的測定

1、實驗二、空氣橫掠單圓管外換熱系數(shù)的測定一、試驗?zāi)康?、了解對流換熱的實驗研究方法；2、測定空氣橫向流過單管表面時的平均換熱系數(shù)a,并將試驗數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方成式；3、學(xué)習(xí)測量風(fēng)速、溫度、熱量的基本技能.二、試驗原理根據(jù)牛頓公式，壁面平均對流換熱系數(shù)為a=一Q W/m2C(1)(、-tf) F式中：t疽 實驗管壁平均溫度，C；f實驗前后流體平均溫度，C；F：管壁換熱面積，m2；Q：對流換熱量，W根據(jù)相似理論流體受迫外掠物體時的換熱系數(shù)a與流速、物體幾何形狀及尺寸。流體物性間的關(guān)系可用下列 準(zhǔn)則方程式描述：Nu=f (Re, Pr)實驗研究表明，流體橫向流過單管表面時，一般可將上式整理成下列具體的指

2、數(shù)形式：NU=C RnPm(2)式中：c、n、m均為常數(shù)，由實驗確定；以dNu：努謝爾特準(zhǔn)則，Nu=；人dRe：雷諾準(zhǔn)則，Re=VvPr：普朗特準(zhǔn)則，Pr=。 a 上述各準(zhǔn)則中： d實驗管外徑，m；3流體流過實驗管最窄處流速，m s；入一流體導(dǎo)熱系數(shù)，W/mC；a一流體導(dǎo)溫系數(shù)，m2/s； v流體運動粘度，m2/s。本實驗中，建議各物性參數(shù)采用邊界層平均溫度tm=! (tm+tf)作為定性溫度，但應(yīng)注意，有些文獻(xiàn)采用tf作為定性溫度來整理實驗數(shù)據(jù)。鑒于本實驗中流體為空氣，Pr數(shù)可作為常數(shù)處理，故(2)式寫成Nu=C Rn(3)e 所以，本實驗的任務(wù)在于確定C和n的數(shù)值，為此需測定Rc和Nu準(zhǔn)則

3、中的各量，即a、3、d、入、V等。 為了確定a值，必須測量Q、匕、tf及管長1等。三、實驗裝置本對流實驗在實驗風(fēng)洞中進(jìn)行。實驗風(fēng)洞主要由風(fēng)洞本體，風(fēng)機(jī)、實驗管及其電加熱器、水銀溫度計、傾斜 式微壓計、畢托管、電位差計、電流表、電壓表以及調(diào)壓變壓器等組成，如圖一所示。圖一空氣橫掠單圓管外換熱系數(shù)實驗裝置1雙扭線進(jìn)風(fēng)口 2整流格柵3整流金屬網(wǎng)4玻璃水銀溫度計5實驗段6實驗管7畢托管8傾斜式微壓計9測速段10風(fēng)機(jī)實驗管為一根紫銅管，管內(nèi)裝有電阻絲作為熱源，管端用隔熱材料封口并支承于風(fēng)道壁上，管壁沿軸向和周 圍均勻地嵌有四對熱電偶。四、實驗步驟1、將畢托管與微壓計連接好并校正零點；連接熱電偶與電位差計

4、，再將電加熱器、電流表、電壓表以及調(diào)壓 變壓器線路連接好，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無誤后，準(zhǔn)備啟動風(fēng)機(jī)。2、在關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口調(diào)節(jié)閥的情況下啟動風(fēng)機(jī)，然后根據(jù)需要的風(fēng)速開啟節(jié)閥。3、在調(diào)壓變壓器指針位于零位時，合電閘加熱實驗管，然后調(diào)節(jié)變壓器指針，使實驗管為選定的電加熱功率， 為使壁面溫度達(dá)到穩(wěn)定，可每隔數(shù)分鐘測量一次溫度，若經(jīng)連續(xù)23次測試無顯著變化(一般用變化量與測試量 之比的百分?jǐn)?shù)來判斷，一般應(yīng)低于0.5%)，方可認(rèn)為實驗工況已達(dá)到穩(wěn)定，開始記錄熱電勢、電流、電壓、空氣進(jìn) 出口溫度、微壓計讀數(shù)及大氣壓力等記入附表1，所加電壓不得超過180V。4、擴(kuò)展實驗的范圍主要靠改變風(fēng)速和變更實驗管徑來實現(xiàn)。實驗管

5、表面單位面積的電加熱功率一般可不改變， 只在高風(fēng)速時才適當(dāng)增加電功率。本實驗才采用改變調(diào)節(jié)閥開度(改變風(fēng)速)的方法擴(kuò)展實驗的范圍。5、實驗完畢，將變壓器的、指針調(diào)回到零位，切斷實驗管加熱電源，待其冷卻后再停止風(fēng)機(jī)。五、實驗數(shù)據(jù)整理1、計算對流換熱量Q c實驗管除對流方式向空氣傳熱外，還將有一部分熱量以輻射方式傳給道壁，故應(yīng)從實測的電功率中減去輻射熱 量才是對流換熱量，即Qc=Qt-Qr(4)式中Qt=uI，電加熱器產(chǎn)生的熱量，W；T TQr=eCo(誦0 ) 4( 100)4F，輻射熱量，W；u一電加熱器產(chǎn)生的熱量，V；I一電加熱器兩端電壓，V；8實驗管表面黑度，8=0.6；Co一黑體輻射系數(shù)

6、，Co=5.67W/m2K4To管壁溫度，To= t 273.15，K；3Tf一流體平均溫度，Tf=tf+273.15，K；F散熱面積，m2。2、實驗管面最窄處的風(fēng)速3實由于實驗風(fēng)洞測速段面速度分布是均勻的，故可采用比脫管在測速段截面中心點測得的動壓，算出該截面的平 均速度3測。3|d m/s(5)測=了 p空式中Pd=（I-I0）kP液g,測得動壓，Pa；I微壓計初讀數(shù)，m；I微壓計終讀數(shù)，m；g重力加速度，m/s2；K一微壓計管支架固定點的刻度值P液微壓計液體的密度，kg/m3;P六一空氣密度，根據(jù)大氣壓力及t確定，kg/ m3；那末，實驗管最窄處的風(fēng)速3實可由連續(xù)性方程求出：3測七則=3

7、實（F實-dn）o測 F測3實=F實-L dn m/s；式中：F測一測速段截面積，E；F實一放實驗管處流道截面積，E；L實驗管有效管長，L=450mm；d實驗管外徑，d=35mm；n實驗管根數(shù)，n=13、本實驗采用銅一康銅熱電偶，其分度表見附表。4、各準(zhǔn)則中的物性參數(shù)，一般可由物性數(shù)據(jù)表按定性溫度用線性插值方法確定，5、將計算出來的各實驗點的Re和Nu數(shù)標(biāo)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上，由圖可以直觀地看出實驗點的分布規(guī)律，用 最小二乘法確定式（3）中的系數(shù)C和n，根據(jù)C和n將代表線描繪在雙對數(shù)坐標(biāo)圖上，并與實驗點進(jìn)行比較。六、實驗報告內(nèi)容：1、實驗原理及裝置簡圖；2、簡要測試步驟，實驗原始記錄及計算結(jié)果；3、繪制IgNuIgRe圖，并求出C、u值，寫出準(zhǔn)則方程式；4、實驗結(jié)果分析與討論。附表1強(qiáng)迫流動單管管外放熱系數(shù)測定記錄工項目況123456實 驗 管 處 最 大 流 速微壓計初讀數(shù)mm微壓計終讀數(shù)mm固定點刻度K動壓pd Pa測速截面流速3測m/s最大流速3實m/s實 驗 管 壁 面 溫 度熱電勢EmvEmvEmvEmv平均熱電勢E mv平均溫度七C換 熱 八、 量加熱電壓u v加熱電流IA總換熱量Qt