空氣縱掠平板換熱系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-趙輝-20150617 (1)

1、空氣縱掠平板換熱系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：教師：時(shí)間：鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程系二零一五年目錄第一章實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明1第一節(jié)系統(tǒng)概述1一、概述1二、裝置特點(diǎn)1三、技術(shù)指標(biāo)1第二節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置介紹1一、對(duì)象組成1二、控制系統(tǒng)1第二章空氣縱掠平板對(duì)流換熱系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理2三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器2四、實(shí)驗(yàn)步驟3五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理4六、實(shí)驗(yàn)要求5七、思考題5八、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)5第一章實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明第一節(jié)系統(tǒng)概述一、概述局部換熱系數(shù)是對(duì)流換熱中的重要概念，特別是流體外掠物體時(shí)，物體表面各部位的局部換熱系數(shù)變化很大。通過(guò)測(cè)定空氣縱掠平板時(shí)的局部換熱系數(shù)來(lái)了解這一現(xiàn)象，并對(duì)產(chǎn)生這一現(xiàn)

2、象的原因進(jìn)行分析，加深對(duì)對(duì)流換熱原理的認(rèn)識(shí)。適合工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、熱工學(xué)等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。二、裝置特點(diǎn)1. 實(shí)驗(yàn)裝置采用專用工作臺(tái)(配有萬(wàn)向輪，移動(dòng)方便)等；設(shè)計(jì)思路新穎，結(jié)構(gòu)安全可靠；2. 測(cè)溫系統(tǒng)采用數(shù)顯高精度儀表，保證其精度和穩(wěn)定性，采用熱電偶作為溫度探頭，測(cè)試觀測(cè)點(diǎn)的溫度；3. 進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用手輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；4. 設(shè)有電流型漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、接地保護(hù)，可對(duì)人身及設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)。三、技術(shù)指標(biāo)1.輸入電源：三相AC380V±10%50Hz2. 工作環(huán)境：溫度0°C+40°C，相對(duì)濕度V85%(25°C),海拔V4000

3、m3. 系統(tǒng)容量：W3.5kW4. 安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)裝置，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5. 外形尺寸：1140mmx550mmx1500mm第二節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置介紹一、對(duì)象組成由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、鋼架、風(fēng)機(jī)、傾斜式微壓計(jì)、熱電偶、有機(jī)玻璃風(fēng)道、平板試件等組成。1. 有機(jī)玻璃風(fēng)道：淺藍(lán)色有機(jī)玻璃制作，外形尺寸：150xll0x435mm。2. 采用傾斜式微壓計(jì)，測(cè)量范圍：0±2000Pa,工作介質(zhì)：0.81g/cm3,95%乙醇，外形尺寸：330mmx200mmx230mm,最大工作壓力：10000Pa，與畢托管(®4mmx200mm)配套使用，用于測(cè)量風(fēng)道風(fēng)速。3. 平板試件：試件長(zhǎng)

4、350mm，寬度100mm。試件最大加熱電流：W30A,加熱溫度：W80°C。二、控制系統(tǒng)由控制屏、漏電保護(hù)器、溫度巡檢儀、低壓高頻直流電源、直流電壓表、交流接觸器、指示燈、控制開(kāi)關(guān)等組成。1. 直流電壓表：可通過(guò)琴鍵切換電壓測(cè)量范圍(有200mV,2V,20V,200V共4個(gè)檔位)。2. 低壓高頻直流電源：規(guī)格：電流：0100A，電壓：012V；輸出方式：穩(wěn)流限壓、穩(wěn)壓限流可切換；顯示方式：電壓、電流表顯示，工作、過(guò)熱、故障顯示；冷卻方式：風(fēng)冷。3. 溫度巡檢儀：電源電壓:220V；輸入規(guī)格：T分度熱電偶?？赏瑫r(shí)測(cè)16路溫度。第二章空氣縱掠平板對(duì)流換熱系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.

5、了解實(shí)驗(yàn)裝置的原理、測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)試方法；2. 通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的整理，了解平板局部換熱系數(shù)的變化規(guī)律；3. 分析討論換熱系數(shù)變化的原因，以加深對(duì)對(duì)流換熱的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理?yè)Q熱系數(shù)是表征流體與固體表面之間換熱能力的物理量。對(duì)流換熱是由熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)兩部分組成。外部流動(dòng)換熱是指換熱壁面上的流動(dòng)邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不會(huì)受到鄰近通道壁面存在的限制。因而，在外部流動(dòng)中存在著一個(gè)邊界層外的區(qū)域，無(wú)論是速度梯度還是溫度梯度都可以忽略。流體縱掠平板是對(duì)流換熱中的最典型問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定空氣縱掠平板時(shí)的局部換熱系數(shù)掌握對(duì)流，換熱的基本概念的規(guī)律。局部換熱系數(shù)a,單位為W/(m2.°C),由下

6、列定義：a5其中：q物體表面某處的熱流密度，W/m2t相應(yīng)點(diǎn)的表面溫度，C上廠空氣來(lái)流溫度，C本實(shí)驗(yàn)裝置上所用的試件是一平板,縱向插入風(fēng)道中,板表面包覆一薄層不銹鋼片,利用電流通過(guò)不銹鋼片對(duì)其加熱，可以認(rèn)定不銹鋼片表面具有恒定的熱流溫度。通過(guò)鑲在平板里與不銹鋼片接觸的熱電偶可以測(cè)得不銹鋼片表面溫度。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器空氣橫掠圓柱體局部換熱系數(shù)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。風(fēng)道由有機(jī)玻璃制成，中間直插一可滑移的由絕緣材料制成的平板，在平板表面縱向包覆一金屬片，金屬片與平板間設(shè)有熱電偶，沿縱向軸不均勻地共布置21個(gè)熱電偶，它們通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度巡檢儀相聯(lián)。金屬片兩端與電源導(dǎo)板聯(lián)接。通過(guò)電源導(dǎo)板對(duì)金

7、屬片通電加熱，即形成一恒定熱流密度。平板上的金屬片由直流電源供給低壓直流大電流通電加熱，電流大小由控制面板電流表讀出。當(dāng)空氣縱向流過(guò)平板時(shí)，測(cè)定離前沿不同位置處的片壁溫度和電加熱功率即可確定沿板片長(zhǎng)度方向局部換熱系數(shù)的變化。用畢托管、通過(guò)傾斜式微壓計(jì)測(cè)量掠過(guò)平板的氣流動(dòng)壓，以確定空氣流速。測(cè)量中讀出的是傾斜式微壓計(jì)的傾斜管液柱長(zhǎng)H(mm),讀出的H值應(yīng)當(dāng)乘以傾斜式微壓計(jì)的倍率，即得實(shí)際式中p介為酒精密度，0.81g/cm3壓差高度M。由伯努利方程AP二1pu2可得u=介空,2pp為空氣密度。傾魁式薇樂(lè)計(jì)平板二o0oa電源導(dǎo)板鳳道一.電控箱恢FE高麵它流電源圖1四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 連接傾斜式微壓計(jì)

8、，“+”壓接頭上硅膠管接至L型畢托管水平端，“-”壓接頭上硅膠管接至L型畢托管豎直端，將閥門(mén)撥在“校準(zhǔn)”檔位，旋動(dòng)零位調(diào)整旋鈕調(diào)整液面至零點(diǎn)，然后將閥門(mén)撥在“測(cè)壓”檔位。將直流電源加熱開(kāi)關(guān)撥至“關(guān)”，電流調(diào)節(jié)旋鈕旋至零位。關(guān)閉風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)；調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口擋板至中間位置。2. 打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)，并檢查各熱電偶信號(hào)是否正常，在未加熱時(shí)溫度顯示應(yīng)均為常溫。3. 調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口開(kāi)度至適當(dāng)大小，打開(kāi)風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)。4. 開(kāi)啟直流電源電源開(kāi)關(guān)，并打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，撥至恒壓檔位，調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)旋鈕，將加熱電流控制在一固定值（建議在20A左右），對(duì)平板試件緩慢加熱?？刂平饘倨瑴卦?0°C左右。5. 待溫度穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)

9、量（大約需要3分鐘），從板前沿開(kāi)始按熱電偶編號(hào)逐點(diǎn)測(cè)出溫度值。并記錄加熱電流、電壓以及氣流動(dòng)壓。6. 實(shí)驗(yàn)完畢時(shí)，先切斷平板加熱電源，待平板試件冷卻后再停止風(fēng)機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1. 已知數(shù)據(jù)平板試件參數(shù)：板長(zhǎng)L=0.35m,板寬0.1m；金屬片寬b=0.09m,金屬片厚lX10-4m；金屬片總長(zhǎng)0.7m。熱電偶布置如下表:熱電偶編號(hào)1234567891011離板前沿距離X/mm02.557.51015202532.54050熱電偶編號(hào)12131415161718192021離板前沿距離X/mm6075901101301601902202603002數(shù)據(jù)記錄t1/CCt3/Ct4/CCCt7/

10、Ct8/CC測(cè)量值t10/Ct11/Ct12/Ct13/Ct14/Ct15/Ct16/Ct17/Ct18/C測(cè)量值t19/Ct20/Ct21/C空氣溫空氣溫度tf/C電流I/A電壓U/V液柱長(zhǎng)H/mm測(cè)量值3電流I、電壓U、溫度t均可由電控箱上對(duì)應(yīng)的儀表讀出。4局部對(duì)流換熱系數(shù)aX在下列假設(shè)下：（1）電熱功率均布在整個(gè)表面；（2）不計(jì)片面外界輻射散熱的影響；（3）忽略片縱向?qū)岬挠绊憽＞植繐Q熱系數(shù)ax，單位為W/（m2.°C）,可按下式計(jì)算:ax5.局部努塞爾數(shù)Nu與雷諾數(shù)ReXXNu=atXx九Re=xv其中：x離平板前沿的距離，mL空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m°C),根據(jù)定性溫度t查出mv空氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s,根據(jù)定性溫度t查出mt+1_t+1用來(lái)流溫度與壁溫的平均值作為定性溫度t，即t=匚，其中平均壁溫tm。mm22空氣溫度tf由實(shí)驗(yàn)室酒精溫度計(jì)測(cè)量。六、實(shí)驗(yàn)要求1. 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，編制數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算用的表格；2. 繪制a-X關(guān)系曲線，并繪制Nu-Rex關(guān)系曲線；xxX3. 分析沿平板對(duì)流換熱的