橫管自由流動換熱系數(shù)測定

PAGEPAGE31橫管自由流動換熱系數(shù)測定一、目的利用多根尺寸不同的橫管，測定這些橫管對周圍空氣在自由流動情況下的對流放熱系數(shù)c，并將實驗數(shù)據(jù)處理成準(zhǔn)則關(guān)系式，以便將實驗結(jié)果擴(kuò)大其應(yīng)用范圍二、原理換熱設(shè)備中自由流動放熱的經(jīng)驗公式，可以根據(jù)相似原理通過模型試驗綜合得出。所謂模型試驗就是用縮小的模型觀察換熱設(shè)備中的換熱規(guī)律，這要求模型與原型（指工業(yè)應(yīng)用的換熱設(shè)備）之間保持幾何相似、流動相似和換熱相似。根據(jù)相似理論，流體在自由流動情況下的對流放熱規(guī)律可以整理成下列的準(zhǔn)則關(guān)系式：如果取流體邊界層中的平均溫度作為定性溫度。這里為換熱表面的溫度，為邊界層以外流體的溫度。則可以用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來表達(dá)水平橫管時流體自由流動放熱規(guī)律：（1）如管表面具有均勻的溫度，而遠(yuǎn)離橫管的空氣溫度為，根據(jù)牛頓冷卻公式，在穩(wěn)定傳熱情況下，橫管外表面?zhèn)鹘o空氣的熱量為若考慮橫管外表面對四周環(huán)境也進(jìn)行輻射放熱，那么橫管表面?zhèn)鞒龅臒崃縌必然是對流放熱Qc和輻射放熱QR二者只總和，即式中為黑體的輻射放熱系數(shù)，其值為5.67×10-8W/m2K4；為橫管外表面的黑度，由表面材料確定，銅管外表面涂鉻時可為已知值；c為待定的對流放熱系數(shù)。如果在試驗中能夠測定圓管的表面溫度，空氣溫度，以及橫管表面所散出的熱量，則對流放熱系數(shù)c就可以用下列公式求出：在不同的溫差下，可以求得得不同數(shù)值。根據(jù)定性溫度，可以把這些整理成多個無因次數(shù)值，和。這里，；數(shù)可以按的值從空氣的物性參數(shù)表查得。有了這些準(zhǔn)則數(shù)就可將這些數(shù)據(jù)按線性回歸法整理成式形式的經(jīng)驗公式。三、模型試驗裝置本模擬試驗數(shù)由四根直徑各不相同的紫銅管組成，這些橫管的外表面都電鍍一層鉻，使得各根橫管都具有相同的黑度。四根橫管都并列地放置在高支架上，每根橫管的管內(nèi)部各裝一個電加熱器，每個電加熱器都從測試段軸頭出量測加熱器的電壓，從而盡可能地消除橫管的端部熱損失。加熱器所消耗的功率的大小，可用自耦式調(diào)壓變壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出的功率通過裝在電加熱器電源上的電壓表和電流表讀出，并由變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。橫管的外表面上焊有6對熱電偶，用來測定橫管外表面的溫度。通過變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然后通過加權(quán)平均取得橫管外表面的溫度。橫管的一端應(yīng)開一小孔，以防止加熱過程中管內(nèi)空氣的增壓。此外應(yīng)另備一支以測量空氣的溫度的熱電偶。也通過變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這一模型試驗裝置有四根橫管，四根橫管均安裝在一個專用房間中，在試驗進(jìn)行期間，實驗測試人員不宜進(jìn)入此房間，以免破壞橫管附近空的正常自由流動，測試儀表均設(shè)置在鄰室中，測試工作也在鄰室中進(jìn)行。四、實驗步驟1.四根橫管分別處于四種不同的溫度狀態(tài)下，閉合電閘開始加熱，并調(diào)節(jié)所需的功率，并用調(diào)壓變壓器或?qū)Ω鞲鶛M管調(diào)整到各不相同的功率，使得橫管計算結(jié)果匯總表管號lglg12342.用線性回歸分析法求得自由對流換熱經(jīng)驗公式由于式（1）是一個曲線方程，對此式左右兩邊取常用對數(shù)。則可以使曲線方程直線化，式為：上式與一般的線性方程y＝nx+C完全一致。線形回歸法基本上就是最小二乘法，它可以不借助于圖解，完全用計算的方法，將準(zhǔn)則關(guān)系式（1）中的未知數(shù)C和n確定下來，并能使所得的常數(shù)充分反映原有實驗數(shù)據(jù)的精確度。用最小二乘法算出的一條直線，在此直線上的各點和實驗點的偏離是一切直線中具有“最小偏差”的一條直線。線形回歸方程的具體計算通?？梢杂昧斜淼姆椒ㄟM(jìn)行，如下表所示。線形回歸方程方程計算表一管號x＝lgy＝lgx2y2xy1234N＝4線形回歸方程方程計算表二計算項目計算公式計算結(jié)果IxxIyyIxynC當(dāng)常數(shù)n和C算出以后，對比下列（a）（b）兩個線性方程y=nx+C(a)(b)則不難得出最后可以得出具體的回歸方程（即準(zhǔn)則方程式）為：七、實驗報告內(nèi)容1.實驗裝置簡圖；2.實驗記錄；3.實驗數(shù)據(jù)的處理；4.試回答和討論下列一些問題：（1）本實驗如不采用線形回歸法處理數(shù)據(jù)是否可以用圖解法求出準(zhǔn)則關(guān)系式？（2）如果有一根