空氣橫掠單管外換熱系數(shù)的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)二、空氣橫掠單圓管外換熱系數(shù)的測(cè)定一、試驗(yàn)?zāi)康?、了解對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)研究方法；2、測(cè)定空氣橫向流過(guò)單管表面時(shí)的平均換熱系數(shù)a,并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方成式；3、學(xué)習(xí)測(cè)量風(fēng)速、溫度、熱量的基本技能.二、試驗(yàn)原理根據(jù)牛頓公式，壁面平均對(duì)流換熱系數(shù)為a=一Q W/m2C(1)(、-tf) F式中：t疽 實(shí)驗(yàn)管壁平均溫度，C；f實(shí)驗(yàn)前后流體平均溫度，C；F：管壁換熱面積，m2；Q：對(duì)流換熱量，W根據(jù)相似理論流體受迫外掠物體時(shí)的換熱系數(shù)a與流速、物體幾何形狀及尺寸。流體物性間的關(guān)系可用下列 準(zhǔn)則方程式描述：Nu=f (Re, Pr)實(shí)驗(yàn)研究表明，流體橫向流過(guò)單管表面時(shí)，一般可將上式整理成下列具體的指

2、數(shù)形式：NU=C RnPm(2)式中：c、n、m均為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；以dNu：努謝爾特準(zhǔn)則，Nu=；人dRe：雷諾準(zhǔn)則，Re=VvPr：普朗特準(zhǔn)則，Pr=。 a 上述各準(zhǔn)則中： d實(shí)驗(yàn)管外徑，m；3流體流過(guò)實(shí)驗(yàn)管最窄處流速，m s；入一流體導(dǎo)熱系數(shù)，W/mC；a一流體導(dǎo)溫系數(shù)，m2/s； v流體運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。本實(shí)驗(yàn)中，建議各物性參數(shù)采用邊界層平均溫度tm=! (tm+tf)作為定性溫度，但應(yīng)注意，有些文獻(xiàn)采用tf作為定性溫度來(lái)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。鑒于本實(shí)驗(yàn)中流體為空氣，Pr數(shù)可作為常數(shù)處理，故(2)式寫(xiě)成Nu=C Rn(3)e 所以，本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)在于確定C和n的數(shù)值，為此需測(cè)定Rc和Nu準(zhǔn)則

3、中的各量，即a、3、d、入、V等。 為了確定a值，必須測(cè)量Q、匕、tf及管長(zhǎng)1等。三、實(shí)驗(yàn)裝置本對(duì)流實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞主要由風(fēng)洞本體，風(fēng)機(jī)、實(shí)驗(yàn)管及其電加熱器、水銀溫度計(jì)、傾斜 式微壓計(jì)、畢托管、電位差計(jì)、電流表、電壓表以及調(diào)壓變壓器等組成，如圖一所示。圖一空氣橫掠單圓管外換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置1雙扭線進(jìn)風(fēng)口 2整流格柵3整流金屬網(wǎng)4玻璃水銀溫度計(jì)5實(shí)驗(yàn)段6實(shí)驗(yàn)管7畢托管8傾斜式微壓計(jì)9測(cè)速段10風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)管為一根紫銅管，管內(nèi)裝有電阻絲作為熱源，管端用隔熱材料封口并支承于風(fēng)道壁上，管壁沿軸向和周 圍均勻地嵌有四對(duì)熱電偶。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將畢托管與微壓計(jì)連接好并校正零點(diǎn)；連接熱電偶與電位差計(jì)

4、，再將電加熱器、電流表、電壓表以及調(diào)壓 變壓器線路連接好，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無(wú)誤后，準(zhǔn)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。2、在關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口調(diào)節(jié)閥的情況下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，然后根據(jù)需要的風(fēng)速開(kāi)啟節(jié)閥。3、在調(diào)壓變壓器指針位于零位時(shí)，合電閘加熱實(shí)驗(yàn)管，然后調(diào)節(jié)變壓器指針，使實(shí)驗(yàn)管為選定的電加熱功率， 為使壁面溫度達(dá)到穩(wěn)定，可每隔數(shù)分鐘測(cè)量一次溫度，若經(jīng)連續(xù)23次測(cè)試無(wú)顯著變化(一般用變化量與測(cè)試量 之比的百分?jǐn)?shù)來(lái)判斷，一般應(yīng)低于0.5%)，方可認(rèn)為實(shí)驗(yàn)工況已達(dá)到穩(wěn)定，開(kāi)始記錄熱電勢(shì)、電流、電壓、空氣進(jìn) 出口溫度、微壓計(jì)讀數(shù)及大氣壓力等記入附表1，所加電壓不得超過(guò)180V。4、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的范圍主要靠改變風(fēng)速和變更實(shí)驗(yàn)管徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)管

5、表面單位面積的電加熱功率一般可不改變， 只在高風(fēng)速時(shí)才適當(dāng)增加電功率。本實(shí)驗(yàn)才采用改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度(改變風(fēng)速)的方法擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)的范圍。5、實(shí)驗(yàn)完畢，將變壓器的、指針調(diào)回到零位，切斷實(shí)驗(yàn)管加熱電源，待其冷卻后再停止風(fēng)機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1、計(jì)算對(duì)流換熱量Q c實(shí)驗(yàn)管除對(duì)流方式向空氣傳熱外，還將有一部分熱量以輻射方式傳給道壁，故應(yīng)從實(shí)測(cè)的電功率中減去輻射熱 量才是對(duì)流換熱量，即Qc=Qt-Qr(4)式中Qt=uI，電加熱器產(chǎn)生的熱量，W；T TQr=eCo(誦0 ) 4( 100)4F，輻射熱量，W；u一電加熱器產(chǎn)生的熱量，V；I一電加熱器兩端電壓，V；8實(shí)驗(yàn)管表面黑度，8=0.6；Co一黑體輻射系數(shù)

6、，Co=5.67W/m2K4To管壁溫度，To= t 273.15，K；3Tf一流體平均溫度，Tf=tf+273.15，K；F散熱面積，m2。2、實(shí)驗(yàn)管面最窄處的風(fēng)速3實(shí)由于實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞測(cè)速段面速度分布是均勻的，故可采用比脫管在測(cè)速段截面中心點(diǎn)測(cè)得的動(dòng)壓，算出該截面的平 均速度3測(cè)。3|d m/s(5)測(cè)=了 p空式中Pd=（I-I0）kP液g,測(cè)得動(dòng)壓，Pa；I微壓計(jì)初讀數(shù)，m；I微壓計(jì)終讀數(shù)，m；g重力加速度，m/s2；K一微壓計(jì)管支架固定點(diǎn)的刻度值P液微壓計(jì)液體的密度，kg/m3;P六一空氣密度，根據(jù)大氣壓力及t確定，kg/ m3；那末，實(shí)驗(yàn)管最窄處的風(fēng)速3實(shí)可由連續(xù)性方程求出：3測(cè)七則=3

7、實(shí)（F實(shí)-dn）o測(cè) F測(cè)3實(shí)=F實(shí)-L dn m/s；式中：F測(cè)一測(cè)速段截面積，E；F實(shí)一放實(shí)驗(yàn)管處流道截面積，E；L實(shí)驗(yàn)管有效管長(zhǎng)，L=450mm；d實(shí)驗(yàn)管外徑，d=35mm；n實(shí)驗(yàn)管根數(shù)，n=13、本實(shí)驗(yàn)采用銅一康銅熱電偶，其分度表見(jiàn)附表。4、各準(zhǔn)則中的物性參數(shù)，一般可由物性數(shù)據(jù)表按定性溫度用線性插值方法確定，5、將計(jì)算出來(lái)的各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的Re和Nu數(shù)標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，由圖可以直觀地看出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的分布規(guī)律，用 最小二乘法確定式（3）中的系數(shù)C和n，根據(jù)C和n將代表線描繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，并與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行比較。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)原理及裝置簡(jiǎn)圖；2、簡(jiǎn)要測(cè)試步驟，實(shí)驗(yàn)原始記錄及計(jì)算結(jié)果；3、繪制IgNuIgRe圖，并求出C、u值，寫(xiě)出準(zhǔn)則方程式；4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論。附表1強(qiáng)迫流動(dòng)單管管外放熱系數(shù)測(cè)定記錄工項(xiàng)目況123456實(shí) 驗(yàn) 管 處 最 大 流 速微壓計(jì)初讀數(shù)mm微壓計(jì)終讀數(shù)mm固定點(diǎn)刻度K動(dòng)壓pd Pa測(cè)速截面流速3測(cè)m/s最大流速3實(shí)m/s實(shí) 驗(yàn) 管 壁 面 溫 度熱電勢(shì)EmvEmvEmvEmv平均熱電勢(shì)E mv平均溫度七C換 熱 八、 量加熱電壓u v加熱電流IA總換熱量Qt