12固體小球?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)的測定剖析

---上dtpCV(5)初始條件：t上dtpCV(5)初始條件：t=0,T-Tf0積分(5)式得：fTTd(T-T)JT-fTTd(T-T)JT-Tff-PCVJdt0aA

pCV(-Bi-Fo)-1二expCBi-丿Fo=at(6)(7)pCV定義時間常數(shù)T=.,分析(6)式可知，當(dāng)物體與環(huán)境間的熱交換經(jīng)歷了四倍于時間aA常數(shù)的時間后，即：t二4t，可得：00表明過余溫度T-T的變化已達(dá)98.2%，以后的變化僅剩1.8%，對工程計算來說，往f后可近似作定常數(shù)處理。對小球:二R二dS代入式(6)整理得:A36(8)a.PCds?1ln口tT-T(8)Nu斗Nu斗二哼?1ln=九6九tT-T(9)通過實驗可測得鋼球在不同環(huán)境和流動狀態(tài)下的冷卻曲線，由溫度記錄儀記下T?t的關(guān)系，就可由式⑻和式(9)求出相應(yīng)的a和Nu的值。對于氣體在20<Re<180000范圍，即高Re數(shù)下，繞球換熱的經(jīng)驗式為:ad亦(10)Nu=s=O.37Reo.6Pr備(10)九若在靜止流體中換熱：Nu二2。C預(yù)習(xí)與思考(1)明確實驗?zāi)康?。影響熱量傳遞的因素有哪些？Bi數(shù)的物理含義是什么？本實驗對小球體的選擇有哪些要求，為什么?⑸本實驗加熱爐的溫度為何要控制在400?500°C，太高太低有何影響?自然對流條件下實驗要注意哪些問題？每次實驗的時間需要多長，應(yīng)如何判斷實驗結(jié)束?實驗需查找哪些數(shù)據(jù)，需測定哪些數(shù)據(jù)?設(shè)計原始實驗數(shù)據(jù)記錄表。實驗數(shù)據(jù)如何處理?D實驗裝置與流程如圖2-3所示。I：iI：iL3癢701l??"說切-J就霜'俅C—：打乩上海般門■2—轉(zhuǎn)了流翻＜hTO,Alir）r:;—to臥「1—肢周諭比床｛天大北眸優(yōu)I「1實驗N求血例??巾I士弓剛）.7—時丸管倆栓巾⑸.尺一骨式活加輕護(hù)U，天劃匕洋〉小球糊人丨袴能念I(lǐng)廈門宇光》，］1一加熱爐河恥智能衣（廈門宇A(yù)L2「加鷄爐揑門宇龍》?u-ftjfiffi（型，空州中色），河一啟空閥?ls-fl^n圖213測定固體小球?qū)α鱾鳠嵯禂?shù)的實驗裝置E實驗步驟及方法測定小鋼球的直徑ds。打開管式加熱爐的加熱電源，調(diào)節(jié)加熱溫度至400?500°C。a）檢查電源線火線、零線、地線連接是否正確，電線是否有破損，確認(rèn)無誤后才能給裝置通電；b）接通裝置電源（220V/50HZ）,此時電源開關(guān)紅色指示燈亮；c）按下各測溫溫控開關(guān)，此時管式電加熱爐控溫表和管式電加熱爐溫控表及小球測溫表同時通電。d）將管式電加熱爐控溫表（4）設(shè)定溫度為實驗所需的溫度值450Co打開計算機(jī)處于工作狀態(tài)。啟動計算機(jī)控制軟件。將嵌有熱電偶的小鋼球置于電加熱爐的支架上，從溫度計錄儀上觀察鋼球溫度的變化。當(dāng)小球溫度升至450C時，迅速取出鋼球，放在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行實驗，鋼球的溫度隨時間變化的關(guān)系由計算機(jī)記錄，稱冷卻曲線。裝置運行的環(huán)境條件有：自然對流，強制對流，固定床和流化床。流動狀態(tài)有：層流和湍流。自然對流實驗：將加熱好的鋼球迅速取出，置于大氣當(dāng)中，盡量減少鋼球附近的大氣擾動，用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集小球溫度隨時間變化的曲線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理計算出給熱系數(shù)。強制對流實驗：置于擴(kuò)大管中進(jìn)行強制對流實驗。方法：打開實驗裝置上的放空閥（14）和閥（16），關(guān)閉閥（15）和閥（13），啟動漩渦氣泵，緩慢調(diào)節(jié)閥（15）和閥（14），使流量達(dá)到實驗所需值。迅速取出加熱好的鋼球，置于反應(yīng)器中的擴(kuò)大管中，其余步驟同6，記錄下空氣的流量和采集冷卻曲線。固定床實驗：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥（3）并配合調(diào)節(jié)閥（16）使流化床內(nèi)固體顆粒處于固定床狀態(tài)，將加熱好的小球置于固定床的砂粒中，進(jìn)行固定床實驗，其余步驟同6，記錄反應(yīng)器的壓降和采集冷卻曲線。流化床實驗：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥（3）并配合調(diào)節(jié)閥（16）使流化床處于所需的流化狀態(tài)，將加熱好的鋼球迅速置于反應(yīng)器中的流化層中，進(jìn)行流化床實驗，其余步驟同6，記錄反應(yīng)器的壓降和采集冷卻曲線。10.裝置停車a）將管式加熱爐控溫溫度設(shè)定為零度，降溫；b）全開閥門（14），關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源；c）關(guān)閉各分電源開關(guān)和總開關(guān)\Y*■、'八■，I[1*—r-.r*注意事項：開啟風(fēng)機(jī)前一定將閥門（14）全開，否則玻璃轉(zhuǎn)子會因風(fēng)速過大沖到頂部損壞玻璃轉(zhuǎn)子流量計；同樣，關(guān)閉風(fēng)機(jī)前一定將閥門（14）全開，否則璃轉(zhuǎn)子會因風(fēng)速迅速降低砸到底部損壞轉(zhuǎn)子。調(diào)節(jié)流化床時一定要緩慢打開調(diào)節(jié)閥（3），并配合調(diào)節(jié)閥門（16），否則會把流化床內(nèi)固體顆粒吹出，影響使用。在實驗過程中，不要將小球碰到身體，避免灼傷。F實驗數(shù)據(jù)和處理實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：小球：紫銅，直徑：14mm,密度：8900kg/m3,比熱：385J/kg?K,導(dǎo)熱系數(shù)：401W/m?K計算：點軟件工藝流程畫面的計算按鈕，按冷卻曲線對應(yīng)的時間和溫度點輸入左側(cè)表格，其它基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實驗信息輸入，按計算結(jié)果計算，右側(cè)表格顯示結(jié)果。按對流傳熱系數(shù)和努塞爾準(zhǔn)數(shù)，察看圖形。按保存按鈕以Word形式保存文件。計算不同環(huán)境和流動狀態(tài)下的對流傳熱系數(shù)。計算實驗用小球的Bi準(zhǔn)數(shù)，確定其值是否小于0.1。將實驗值與理論值進(jìn)行比較。G結(jié)果與討論基本原理的應(yīng)用是否正確？對比不同環(huán)境條件下的對流傳熱系數(shù)。分析實驗結(jié)果同理論值偏差的原因。對實驗方法與實驗結(jié)果討論。H主要符號說明A-面積，［m2］；Bi-畢奧準(zhǔn)數(shù)，［無因次］；C-比熱，［JkgK］；d-小球直徑，［m］；SFo-傅立葉準(zhǔn)數(shù)，［無因次］；Nu-努塞爾準(zhǔn)數(shù)，［無因次］；Pr-普朗特準(zhǔn)數(shù)，［無因次］；q-y方向上單位時間單位面積的導(dǎo)熱量，［Jm2s］；y'Q-y方向上的導(dǎo)熱速率，［J's］；y'R-半徑，［m］；Re-雷諾準(zhǔn)數(shù)，［無因次］；溫度,［K］或［°C］；T-初始溫度，［K］或［C］；0Tf-流體溫度，［K］或［C］；T-壁溫，［K］或［C］；Wt-時間，［s］；V-體積，［m3］；Q-對流傳熱系數(shù)，［W：m2K］；九-導(dǎo)熱系數(shù)，［W.「mK］；5-特征尺寸，［m］；P-密度，［kgm3］