強(qiáng)制對流傳熱實驗指導(dǎo)書

1、強(qiáng)制對流傳熱實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康暮鸵?本實驗?zāi)康氖羌由顚鳠釋W(xué)教學(xué)課程內(nèi)容的理解，使同學(xué)了解和掌握空氣橫掠單管時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變化規(guī)律。通過實驗使學(xué)生可得到如下方面的專業(yè)知識：1、了解實驗裝置，熟悉空氣流速和管壁溫度的測量方法，掌握測試儀器儀表的使用方法；2、通過對實驗數(shù)據(jù)的綜合整理，掌握強(qiáng)制對流換熱實驗的數(shù)據(jù)整理方法；3、了解空氣橫掠單管的換熱規(guī)律。二、基本原理 熱交換器中廣泛使用各種管子作為傳熱元件，通常外側(cè)為流體橫向掠過單管強(qiáng)制對流換熱。因此，測定流體橫向掠過管子時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是傳熱中的基礎(chǔ)實驗。強(qiáng)制對流時的換熱規(guī)律可用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來表示： (1)由于空氣溫度變化范圍不大

2、，上式中的 數(shù)變化很小，可作為常數(shù)處理，故式(1)簡化為 (2)式中： 。其中：h空氣橫掠單管時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，(W/m2 K)； V空氣來流速度 (m/s)； d定型尺寸，這里取管子外徑, (m)； 空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，(W/m K)； 空氣的運(yùn)動粘度，(m2/s)；如需通過實驗確定空氣橫掠單管時 與 的關(guān)系，就需要測定在不同流速V、不同管子直徑 時的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 的變化。因此，本實驗中要測量的基本參量為空氣流速、空氣溫度、管子表面溫度及計算管子表面散熱量。三、實驗設(shè)備 實驗系統(tǒng)如下圖所示。實驗裝置由本體、被測實驗件、供電電源、測量系統(tǒng)所組成。風(fēng)箱的作用是確保風(fēng)道實驗段中有均勻的氣流速度

3、。被測實驗件采用薄壁不銹鋼圓管，安裝于有機(jī)玻璃風(fēng)道中。供電電源采用低電壓大電流可控硅直流電源，對被測實驗件直接進(jìn)行加熱，實驗時只要調(diào)整可控硅整流電源的輸出功率，就可調(diào)節(jié)施加于被測實驗件上的加熱功率?？諝鈾M掠被測實驗件時，加入的熱量通過對流換熱的方式被空氣帶走。試驗時 數(shù)應(yīng)有較大范圍的變化，以保證求得的空氣橫掠單管換熱準(zhǔn)則關(guān)系式的準(zhǔn)確性。 數(shù)取決于管子所處空氣流的速度 及管子直徑 ?？諝饬魉?可以通過裝在風(fēng)機(jī)入口處的調(diào)風(fēng)門來改變。因此，試驗可在不同的空氣流速的條件下進(jìn)行，然后將試驗結(jié)果整理求得換熱準(zhǔn)則關(guān)系式的具體表達(dá)式。測速段截面積150×80mm2,實驗段截面積450×15

4、0mm2，實驗管外徑40mm，實驗管有效管長450mm.四、測試方法及試驗步驟 在實驗管處的風(fēng)道中裝有熱求風(fēng)速計測出測速段中空氣來流速度，根據(jù)連續(xù)性方程計算測試段空氣的來流速度 。為了確定實驗管壁的溫度 ，在實驗管壁埋設(shè)熱電偶，采用計算機(jī)采集數(shù)據(jù)。實驗時對每一種直徑的管子，空氣流速可調(diào)整45個工況，加熱電流可根據(jù)管子直徑及風(fēng)速大小適當(dāng)調(diào)整，保持管壁與空氣之間有適當(dāng)?shù)臏夭?。每調(diào)整一個工況，須待風(fēng)速計，熱電偶等讀數(shù)穩(wěn)定后方能測量各有關(guān)數(shù)據(jù)。五計算公式 1被測實驗件兩電壓測點間的發(fā)熱量 (W)；式中： 被測實驗件兩電壓測電間的電壓降；( ) I流過被測實驗件的電流，( )電加熱器所產(chǎn)生的熱量Q，除以

5、對流傳熱的方式傳給空氣以外，還有一部分是以輻射方式傳出去的，因此，對流傳熱量Qc為 2管子平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ： (W/m2 K) 式中： 兩電壓測點間被測實驗件的外表面積，(m2)3換熱準(zhǔn)則方程式： 根據(jù)每一實驗工況所測得的值可計算出相應(yīng)的 數(shù)和 數(shù)的值。在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，取 為縱坐標(biāo)， 為橫坐標(biāo)，將各工況點標(biāo)出，它們的規(guī)律可近似地用一直線來表示。即： 由此，Nu數(shù)與Re數(shù)之間的關(guān)系可近似地表示為一指數(shù)方程的形式：其中： 。如取 ， ，則有 ，根據(jù)最小二乘法原理，系數(shù) 和 可用以下公式計算：式中： 實驗點的數(shù)目； 在計算 數(shù)和 數(shù)時，所用的空氣物性參數(shù) 和 都以邊界層的平均溫度為定性溫度 來查

6、有關(guān)資料的物性表，其用如下公式計算 。六、試驗報告要求 1、實驗原理，實驗裝置；2、實驗原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)整理；3、在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出各實驗點，并用最小二乘法求出準(zhǔn)則方程式；4、將實驗結(jié)果與有關(guān)參考書的空氣橫掠單管換熱準(zhǔn)則方程或線圖進(jìn)行比較，得出結(jié)論。七、注意事項 實驗開始前，應(yīng)先了解實驗裝置的各個部件，熟悉儀器儀表的使用方法，按儀表的操作要求和步驟進(jìn)行； 其次，為確保管壁溫度不至于超過允許的范圍，啟動和工況改變時，必須先啟動風(fēng)機(jī)，調(diào)整風(fēng)速，然后再調(diào)節(jié)可控硅電加熱裝置，使被測實驗件的加熱功率調(diào)整在規(guī)定范圍內(nèi)。值得指出，在工況增大時，應(yīng)先調(diào)整氣流量至規(guī)定值再調(diào)節(jié)加熱功率。在工況減小時，應(yīng)先將加熱功率減小至最小，然后調(diào)整氣流量至規(guī)定值，最后再調(diào)整加熱功率。實驗完成后，先切斷加熱器電源，5分鐘后切斷風(fēng)機(jī)電源，并檢查該裝置的所有電源是否均處于關(guān)閉狀態(tài)。附：實驗數(shù)據(jù)記錄表待測物理量單位工況管尺寸外徑dm 有效長度Lm 散熱面積Am2d L=電壓V電流A發(fā)熱量W大氣溫度tf空氣密度（由tf查表）Kg/m3工況編號1氣流速度v=m/s 熱電偶號1壁溫ti平均壁溫輻射換熱量rW管子平均表