實(shí)驗(yàn)四 MS管內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四MS管內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腁dam4018|Adam40184520泵-試件箱:.加熱電源散熱器水箱1、了解對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)的一般方法和了解如何建立對(duì)流換熱的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式;2、了解相似理論對(duì)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用；3、熟悉測(cè)溫、測(cè)速的基本方法；4、了解計(jì)算機(jī)在熱工測(cè)量中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理傳熱學(xué)的發(fā)展是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的分析方法來(lái)描述傳熱現(xiàn)象的各種 因素對(duì)傳熱能力影響作用。由于各種原因，一些傳熱現(xiàn)象不能用數(shù)學(xué)方法描述，或者描述該問(wèn)題的微 分方程組無(wú)法求解，而工程師又需要得到這種情況下的實(shí)用的結(jié)果來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。這種實(shí)用的結(jié)果 就要通過(guò)傳熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)來(lái)得到。傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)大部分是

2、在與實(shí)際問(wèn)題相似的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕先〉么罅康膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí) 際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，這就需要應(yīng)用相似理論使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中去。經(jīng)過(guò)相似理論分析， 描述傳熱的關(guān)系式可以用合理的無(wú)量綱相似準(zhǔn)則數(shù)組合來(lái)表示。無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)的形式可以通過(guò)對(duì)描述 換熱的微分方程組進(jìn)行無(wú)因次化得到。（請(qǐng)參考傳熱學(xué)）根據(jù)相似原理，流體在圓管內(nèi)湍流流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流換熱時(shí)，其準(zhǔn)則方程式的一般形式為Nuf=f （Ref，Pr f）通常這三個(gè)準(zhǔn)則數(shù)之間具有如下的函數(shù)關(guān)系Nuf=C RefmPrfn為確定上式中的參數(shù)C、m和n，我們需要進(jìn)行一定量的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量Nuf、Ref和Pr f，這些準(zhǔn)則 數(shù)都是對(duì)流換熱系數(shù)、溫度、速度、

3、比容、特征尺度以及一些物性參數(shù)的組合，因此需要通過(guò)間接測(cè) 量才能得到。然后對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的Nuf、Ref和Pr f進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和分析得到常數(shù)C和指數(shù)m、n。三、實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試儀器本實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備為對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)件為光滑的不銹鋼圓管（1Cr18Ni9Ti），通過(guò)在管外壁 上布置測(cè)溫?zé)犭娕歼M(jìn)行溫度的測(cè)量。管子兩側(cè)同一大電流電源相連，對(duì)管子進(jìn)行加熱，加熱方式為等 熱流方式。管內(nèi)介質(zhì)水由一臺(tái)小型清水泵提供，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門可以改變流量的大小，從而改變雷諾數(shù) Ref。冷卻水進(jìn)出口溫度由安裝在管子進(jìn)出口處的測(cè)溫?zé)犭娕歼M(jìn)行測(cè)量。整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)分為：水路系統(tǒng)、試件箱、加熱系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)四個(gè)部分。水路系統(tǒng)用來(lái)為實(shí)

4、驗(yàn)提供不同流量的對(duì)流換熱介質(zhì)一一水，主要包括：水箱、水泵、分流管、流 量計(jì)、散熱器和一些閥門組成。水箱用來(lái)儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)用水；水泵用來(lái)驅(qū)動(dòng)水流過(guò)試件管；分流管用來(lái)改 變流過(guò)試件的水的流量，改變分流管上的閥門開(kāi)度使水泵抽出的水一部分流回到水箱，改變流過(guò)試件 的水的流量；流量計(jì)用來(lái)測(cè)量流過(guò)試件的水的流量，也可通過(guò)流量計(jì)后的閥門對(duì)試件水流量進(jìn)行微調(diào); 散熱器用來(lái)將水換熱得到的熱量散到室外，達(dá)到循環(huán)利用水的目的。圖1管內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)試件箱內(nèi)裝有不銹鋼圓管試件，試件通過(guò)巖棉保溫層同外界絕熱。試件的進(jìn)出口裝有測(cè)量水進(jìn)出 口溫度的熱電偶。試件兩端通過(guò)電絕緣材料同水路系統(tǒng)連接，試件兩端還通過(guò)加熱電極同加熱部

5、分連 接。試件上焊有熱電偶用來(lái)測(cè)量管子的壁溫。熱電偶的布置會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的精度，一般在溫度變化劇烈 的位置上多布置幾組熱電偶，最后通過(guò)加權(quán)平均得到整個(gè)管子長(zhǎng)度上的平均溫度。加熱系統(tǒng)由大電流加熱電源、電壓表、電流表、加熱電極和導(dǎo)線組成。加熱電極安裝在不銹鋼管 的兩端；電壓表和電流表用來(lái)測(cè)量加熱的電壓和電流，通過(guò)計(jì)算得到加熱量。溫度測(cè)量系統(tǒng)包括熱電偶、亞當(dāng)模塊、計(jì)算機(jī)組成，熱電偶用來(lái)測(cè)量水進(jìn)出口的溫度和不銹鋼管 的壁溫。亞當(dāng)模塊將熱電偶產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并送入計(jì)算機(jī)，同時(shí)亞當(dāng)模塊具有多通道 選擇功能和冷端補(bǔ)償功能，可以多路熱電偶共用一個(gè)亞當(dāng)模塊。計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集程序?qū)啴?dāng)模塊 送過(guò)來(lái)的數(shù)字

6、信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和顯示。四、參數(shù)測(cè)量1、努賽爾數(shù)鴻=廠 fhd式中d圓管的內(nèi)徑入f水的導(dǎo)熱系數(shù)，可由定性溫度tf=（tf+tf”）/2查表得到。h平均對(duì)流換熱系數(shù)，其計(jì)算式為式中Q為加熱電源的功率，Q=UI，U為加熱電壓，I為加熱電流；L為實(shí)驗(yàn)段不銹鋼管的長(zhǎng)度，tf 為介質(zhì)水的定性溫度。tw為平均壁溫，由熱電偶在試件上的位置按面積加權(quán)平均求得 wtt =叩 i i，w Z wiWj為熱電偶測(cè)溫點(diǎn)的權(quán)重，J為熱電偶測(cè)得的溫度。pud 4 m2、雷詁數(shù) * =_ =麗式中 m介質(zhì)水的質(zhì)量流量，可由流量計(jì)直接讀出。水的動(dòng)力粘度系數(shù)，利用定性溫度可以查得。3、普朗特?cái)?shù)Pr= -fC-人f式中 Cp水

7、的定壓比熱容五、實(shí)驗(yàn)步驟1、在管子外壁上焊接測(cè)溫?zé)犭娕迹ê附訒r(shí)同樣要注意不要把管壁焊穿）。測(cè)溫?zé)犭娕己附拥奈恢?自定，但距離要適當(dāng)，不要過(guò)于集中到某一段。同時(shí)記錄下各個(gè)熱電偶的焊接位置，作為溫度的加權(quán)。2、將不銹鋼管放入試件箱中適當(dāng)位置，然后分別接好出入水管和測(cè)量水進(jìn)出口溫度的熱電偶。3、在不銹鋼管兩端安裝加熱電極。將熱電偶線從保溫盒的圓孔中穿出，分別接到亞當(dāng)模塊上，記 錄連接到亞當(dāng)上的通道。為方便記錄和處理數(shù)據(jù)，最好按一定順序連接熱電偶線。4、檢查是否有連接不當(dāng)?shù)牡胤?，如果沒(méi)有便將分流管的閥門完全打開(kāi)，關(guān)閉量程大的流量計(jì)前后 的閥門，開(kāi)啟量程小的流量計(jì)的前后閥門，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。5、按下列順序打開(kāi)

8、設(shè)備電源：開(kāi)總電源，開(kāi)水泵電源，檢查水路系統(tǒng)有沒(méi)有漏水，若沒(méi)有可將保 溫材料裝好，將試件箱的蓋子蓋好，開(kāi)加熱器，開(kāi)計(jì)算機(jī)。6、在教師的指導(dǎo)下調(diào)出溫度測(cè)量程序。7、調(diào)節(jié)分流管閥門和流量計(jì)出口處閥門，使冷卻水達(dá)到所需要的流量（根據(jù)所需雷諾數(shù)來(lái)確定， 雷諾數(shù)要求大于104）。注意當(dāng)流量超過(guò)300L/h時(shí)可換用大量程的流量計(jì)（流量也可再大一些但不要超過(guò) 630L/h）。8、待管壁溫度趨于穩(wěn)定時(shí)記錄下各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后改變雷諾數(shù)重復(fù)幾組實(shí)驗(yàn)。9、關(guān)閉加熱器電源，等5分鐘后再關(guān)閉水泵的電源。10、待水流凈后可將不銹鋼管拆下。11、全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉所有閥門與電源，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。六、注意事項(xiàng)1、注意實(shí)驗(yàn)中拆裝不銹鋼管時(shí)不要有水流到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，更不要弄濕電源線。2、熱電偶的焊接要在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行。3、開(kāi)水泵前一定要把分流管閥門完全打開(kāi)。4、在使用小量程的流量計(jì)時(shí)，注意不要超出流量計(jì)的測(cè)量范圍。5、有問(wèn)題及時(shí)報(bào)告指導(dǎo)教師。七、書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并回答下列問(wèn)題1、實(shí)驗(yàn)前在預(yù)習(xí)報(bào)告中做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格。2、分析造成實(shí)驗(yàn)誤差的影響因素，說(shuō)明那些影響因素可以通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)減小或消除。3、如何測(cè)量管內(nèi)