2023年熱工學(xué)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)內(nèi)容34

2023年熱工學(xué)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)3二氧化碳?xì)怏wP-V-T關(guān)系的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解CO2臨界狀態(tài)的觀測方法，增強(qiáng)對臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。2.穩(wěn)固課堂講授的實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的理論知識(shí)，加深對飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)等根本概念的理解。3.掌握CO2的P-V-T間關(guān)系測定方法。觀察二氧化碳?xì)怏w的液化過程的狀態(tài)變化，及經(jīng)過臨界狀態(tài)時(shí)的氣液突變現(xiàn)象，測定等溫線和臨界狀態(tài)的參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1．測定CO2氣體根本狀態(tài)參數(shù)P-V-T之間的關(guān)系，在P—V圖上繪制出t為20℃、31.1℃、40℃三條等溫曲線。2．觀察飽和狀態(tài)，找出t為20℃時(shí)，飽和液體的比容與飽和壓力的對應(yīng)關(guān)系。3．觀察臨界狀態(tài)，在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)氣液分界模糊的現(xiàn)象，測定臨界狀態(tài)參數(shù)。4．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，畫出實(shí)際氣體P-V-t的關(guān)系圖。三、實(shí)驗(yàn)原理1.理想氣體狀態(tài)方程：PV=RT實(shí)際氣體：因?yàn)闅怏w分子體積和分子之間存在相互的作用力，狀態(tài)參數(shù)〔壓力、溫度、比容〕之間的關(guān)系不再遵循理想氣體方程式了?？紤]上述兩方面的影響，1873年范德瓦爾對理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行了修正，提出如下修正方程：〔3-1〕式中:a/v2是分子力的修正項(xiàng)；b是分子體積的修正項(xiàng)。修正方程也可寫成:〔3-2〕它是V的三次方程。隨著P和T的不同，V可以有三種解：三個(gè)不等的實(shí)根；三個(gè)相等的實(shí)根；一個(gè)實(shí)根、兩個(gè)虛根。1869年安德魯用CO2做試驗(yàn)說明了這個(gè)現(xiàn)象，他在各種溫度下定溫壓縮CO2并測定p與v，得到了P—V圖上一些等溫線，如圖2—1所示。從圖中可見，當(dāng)t>31.1℃時(shí)，對應(yīng)每一個(gè)p，可有一個(gè)v值，相應(yīng)于〔1〕方程具有一個(gè)實(shí)根、兩個(gè)虛根；當(dāng)t=31.1℃時(shí)，而p=pc時(shí)，使曲線出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)C即臨界點(diǎn)，相應(yīng)于方程解的三個(gè)相等的實(shí)根；當(dāng)t<31.1℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)測得的等溫線中間有一段是水平線〔氣體凝結(jié)過程〕，這段曲線與按方程式描出的曲線不能完全吻合。這說明范德瓦爾方程不夠完善之處，但是它反映了物質(zhì)汽液兩相的性質(zhì)和兩相轉(zhuǎn)變的連續(xù)性。2．簡單可壓縮系統(tǒng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)參數(shù)壓力、溫度和比容之間有確定的關(guān)系，可表示為：F〔P，V，T〕=0或v=f(P,T)可見，保持任意一個(gè)參數(shù)恒定，測出其余兩個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，就可以求出工質(zhì)狀態(tài)變化規(guī)律。如維持溫度不變，測定比容與壓力的對應(yīng)數(shù)值，就可以得到等溫線的數(shù)據(jù)。圖3--1二氧化碳的Ｐ-Ｖ-t關(guān)系四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備：由壓縮室本體、恒溫器及活塞式壓力計(jì)組成，如圖3—2所示。活塞式壓力計(jì)：由手輪帶動(dòng)活塞桿的進(jìn)退調(diào)節(jié)油壓，提供實(shí)驗(yàn)中所需的壓力。恒溫器：提供恒溫水，用恒溫水再去恒定CO2的溫度。保持實(shí)驗(yàn)中在不同等級的等溫過程中進(jìn)行。壓縮室本體：壓縮氣體的壓縮室本體由一根玻璃毛細(xì)管和水銀室組成，如圖3—3所示。預(yù)先刻度和充氣的玻璃毛細(xì)管1插入水銀室2中，再翻開玻璃管下口。圖3—2實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)1－壓縮室本體2—活塞式壓力計(jì)3－恒溫器實(shí)驗(yàn)時(shí)，由恒溫器提供的恒溫水，從實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體玻璃水套下端進(jìn)口流入，上端出口流出，反復(fù)循環(huán)。玻璃恒溫水套維持了毛細(xì)管內(nèi)氣體溫度不變的條件，由于水套上的溫度計(jì)誤差太大，用恒溫器上的精密溫度計(jì)來代替，可以近似認(rèn)為玻璃管中所存的CO2溫度與此溫度相同。實(shí)驗(yàn)中要緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)活塞式壓力計(jì)的手輪，逐漸增大壓力油室3中的油壓，使毛細(xì)管內(nèi)的CO2氣體壓縮。透過玻璃管可以看到氣體的壓縮過程。CO2氣體壓縮時(shí)所受壓力是由壓力臺(tái)上的壓力表讀出，氣體的體積V由毛細(xì)管上的刻度讀出，再經(jīng)過換算得到。五、實(shí)驗(yàn)步驟1．首先恒溫器接通電源，開動(dòng)電力泵，使系統(tǒng)水進(jìn)行循環(huán)對流。2.旋轉(zhuǎn)電接點(diǎn)溫度計(jì)的頂端幅形磁鐵，調(diào)整實(shí)驗(yàn)中所規(guī)定的恒定溫度。3．開始加熱，觀察恒溫器上精密溫度計(jì)，假設(shè)其溫度計(jì)讀數(shù)與電接點(diǎn)溫度計(jì)標(biāo)定的溫度一致時(shí)，那么可近似認(rèn)為玻璃管中CO2的溫度處于標(biāo)定的溫度。4.開始加壓，應(yīng)緩緩地前進(jìn)活塞螺桿加壓，并注意觀察CO2受壓后的各種現(xiàn)象。5.進(jìn)行記錄實(shí)驗(yàn)中的各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)。6.當(dāng)需要改變溫度時(shí)，重復(fù)上述步驟。六、考前須知1.恒溫水的溫度應(yīng)穩(wěn)定足夠長的時(shí)間，使毛細(xì)管內(nèi)外的溫度均衡后再開始測量數(shù)據(jù)。2.增大油壓時(shí)，使毛細(xì)管內(nèi)水銀面緩緩上升，要保持緩慢壓縮。3.維持溫度不變，調(diào)整假設(shè)干次壓力，壓力間隔一般可取5bar左右，在接近飽和狀態(tài)或臨界狀態(tài)時(shí)應(yīng)取0.5bar。4.除t=20℃時(shí)，須加壓至絕對壓力為102bar〔100ata〕外，其余各等溫線均在50～90間測出h值，絕對不允許表壓超過102bar。5．實(shí)驗(yàn)結(jié)束卸壓時(shí)，應(yīng)使壓力逐漸下降，不得直接翻開油杯閥門卸壓。圖3—3壓縮室本體示意圖6．實(shí)驗(yàn)完畢將儀器擦凈，恢復(fù)原狀。1—玻璃毛細(xì)管2—水銀室3—壓力油室4—溫度計(jì)5—恒溫水套七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1．CO2比容確實(shí)定實(shí)驗(yàn)中由于CO2的質(zhì)量m不便測定，承受玻璃的內(nèi)徑d也不易測準(zhǔn)，因而只能用間接方法確定V值：因?yàn)槎趸荚?0℃，100ata〔102bar〕時(shí)，比容即：vco2(20℃，100ata)=因?yàn)?常數(shù))那么任意情況下二氧化碳的比容：所以，只要在實(shí)驗(yàn)中測得t=20℃,p=100ata時(shí)的h0值，計(jì)算出k值后，其它任意狀態(tài)下的比容V值均可求得。2．列數(shù)據(jù)表及繪制P-V圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算整理后，繪制出實(shí)際CO2氣體P-V的關(guān)系圖。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求簡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)及實(shí)驗(yàn)原理。記錄實(shí)驗(yàn)過程的原始數(shù)據(jù)〔實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表〕。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算整理并畫出二氧化碳P-V-t的關(guān)系圖。九、思考題：為什么加壓時(shí)，要足夠緩慢地?fù)u動(dòng)活塞桿而使加壓足夠緩慢進(jìn)行？假設(shè)不緩慢加壓，會(huì)出現(xiàn)什么問題？卸壓時(shí)為什么不能直接開啟油杯閥門。表3-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表t=20℃t=31.1℃t=40℃表壓p高度h觀察現(xiàn)象表壓p高度h觀察現(xiàn)象表壓p高度h觀觀察現(xiàn)象3035404550556065707580859099實(shí)驗(yàn)5壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)活塞式壓氣機(jī)是通用的機(jī)械設(shè)備之一，其工作原理是消耗機(jī)械能〔或電能〕而獲得壓縮氣體。壓氣機(jī)的壓縮指數(shù)和容積效率等都是衡量其性能先進(jìn)與否的重要參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)是利用微機(jī)對壓氣機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，經(jīng)計(jì)算處理、得到展開的和封閉的示功圖。從而獲得壓氣機(jī)的平均壓縮指數(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握指示功、壓縮指數(shù)和容積效率的根本測試方法；2．對使用微機(jī)采集、處理數(shù)據(jù)的全過程和方法有所了解。二、實(shí)驗(yàn)裝置及測量系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)儀器裝置主要由：壓氣機(jī)、電動(dòng)機(jī)及測試系統(tǒng)所組成。測試系統(tǒng)包括：壓力傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、放大器、計(jì)算機(jī)及打印機(jī)，見圖5—1。壓氣機(jī)型號：Z—0.03/7汽缸直徑：D=50mm活塞行程:L=20mm連桿長度：H=70mm，轉(zhuǎn)速：n=1400轉(zhuǎn)/分圖5—1壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置及測試系統(tǒng)為了獲得反映壓氣機(jī)性能的示功圖，在壓氣機(jī)的汽缸頭上安裝了一個(gè)應(yīng)變式壓力傳感器，供實(shí)驗(yàn)時(shí)汽缸內(nèi)輸出的瞬態(tài)壓力信號。該信號經(jīng)橋式整流后，送至動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大。對應(yīng)著活塞上止點(diǎn)的位置，在飛輪外側(cè)粘貼著一塊磁條，從電磁傳感器上取得活塞上止點(diǎn)的脈沖信號，作為控制采集壓力的起止信號，以到達(dá)壓力和曲柄傳角信號的同步。這二路信號經(jīng)放大器分別放大后，送入A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送至計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算處理便得到了壓氣機(jī)工作過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)及展開的示功圖和封閉的示功圖。見圖5—2及圖5—3。圖5—2封閉的示功圖圖5—3展開的示功圖根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式，活塞位移量x與曲柄轉(zhuǎn)角a有如下關(guān)系：〔5-1〕式中：λ=R/LR——曲柄半徑；H——連桿長度；a——曲柄轉(zhuǎn)角。三、實(shí)驗(yàn)原理1．指示功和指示功率指示功：活塞壓氣機(jī)進(jìn)行一個(gè)工作過程，活塞對氣體所作的功，記為Li。顯然功量就是P—V圖上工作過程線所包圍的面積。其縱坐標(biāo)是以線段長度表示的壓力值，而橫坐標(biāo)那么表示活塞的位移量，經(jīng)測面儀測量和計(jì)算才能得到功的數(shù)值，即：Li=S×K1×K2×10-5(kgf-m)〔5-2〕式中：S——由測面儀測定的面積值〔mm2〕;K1——單位長度代表的容積(mm3/mm)；式中：L——活塞行程〔mm〕；——活塞行程的線段長度〔mm〕；K2——單位長度代表的壓力(at/mm);式中：p——工作時(shí)的表壓力(at);——表壓力在縱坐標(biāo)圖上對應(yīng)的高度(mm);指示功率：單位時(shí)間內(nèi)活塞對氣體所作的功，記為Ni。用下式表示：Ni=Li×n/102×60(KW)〔5-3〕式中：n——轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)2.平均多變壓縮指數(shù)壓氣機(jī)的實(shí)際壓縮過程介于定溫壓縮與定熵壓縮之間，過程指數(shù)在壓縮過程中不斷變化，根據(jù)壓氣機(jī)的理論軸功和氣體壓縮功的關(guān)系，可以求得平均的多變指數(shù)，記為n0。〔5-4〕在Ｐ—Ｖ示功圖上：即為壓縮過程線與縱坐標(biāo)圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標(biāo)圍成的面積之比。即：〔5-5〕3.容積效率〔〕根據(jù)熱力學(xué)定義：〔5-6〕在Ｐ—Ｖ示功圖上：即為有效吸氣線段長度與活塞行程線段長度之比。即：〔5-7〕四、實(shí)驗(yàn)步驟1.接通所有測試儀器設(shè)備的電源。2.把采集、處理數(shù)據(jù)的軟件調(diào)入計(jì)算機(jī)。3.啟動(dòng)壓氣機(jī)，調(diào)好排氣量，待壓氣機(jī)工作穩(wěn)定后，計(jì)算機(jī)開始采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，得到了展開的和封閉的始功圖。4.用測面儀測量封閉示功圖的面積。5.分別測量壓縮過程線與橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)包圍的面積。6.用尺子量出有效吸氣線段的長度和活塞行程線段的長度。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.簡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理。2．記錄計(jì)算機(jī)采集各種數(shù)據(jù)的理論值，填入在表5-1中。2.根據(jù)示功圖，得到示功圖上的三個(gè)面積值及壓力Pd值。3.計(jì)算指示功、指示功率、平均多變壓縮指數(shù)、容積效率等實(shí)際值〔要求計(jì)算過程〕。六、思考題1.為什么壓縮過程的多變指數(shù)與膨脹過程的多變指數(shù)不相等？對于同一個(gè)過程〔壓縮或膨脹過程〕的不同區(qū)段，為什么多變指數(shù)也不一樣？2.當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，其壓縮指數(shù)變化范圍是多少？在什么情況下，壓氣機(jī)耗功最??？3．分析壓氣機(jī)工作壓力的改變將對容積效率有何影響。表5-1壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)記錄大氣壓力--bar室溫--℃濕度--％孔板孔徑--cm排氣管內(nèi)徑--cm1234567891011項(xiàng)目儲(chǔ)氣罐壓力輸入電功率電動(dòng)機(jī)效率壓氣機(jī)生產(chǎn)量示功圖面積壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速活塞排量孔板壓差孔板前溫度孔板流量系數(shù)質(zhì)量流量吸氣狀態(tài)生產(chǎn)量符號P2Ngηght2μGV3fnVh單位barkW％mmH2O℃kg/minm3/mincm2r/minm3/min實(shí)驗(yàn)7用球體法測量導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)用球體法測定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。了解溫度測量過程及溫度傳感元件。二、實(shí)驗(yàn)原理粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)可通過球體導(dǎo)熱儀測定。如圖1—1所示。由均質(zhì)粒狀材料填充而成的球壁，內(nèi)外直徑分別為d11及d2〔半徑r1及r2〕，它的內(nèi)外外表溫度等于t1和t2，并維持不變。由于在不大的溫度范圍內(nèi)大多數(shù)工程材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系，均可按直線關(guān)系處理，那么將付利葉定律用于此球壁導(dǎo)熱問題。如圖7—1的邊界條件積分可得到熱流量計(jì)算式：〔1—1〕〔1—2〕式中：δ—球壁厚度δ=；λm—球壁材料在時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)。圖7—1球殼導(dǎo)熱過程因此，只要維持內(nèi)外球壁溫度均勻穩(wěn)定，球壁半徑d1和d2，測出內(nèi)外球壁外表溫度t1和t2，即可由式〔1—2〕算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)λm。實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖7—2所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)備組成包括：球體導(dǎo)熱儀本體、實(shí)驗(yàn)臺(tái)手動(dòng)測試系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)測量系統(tǒng)、數(shù)字儀表測量系統(tǒng)。球體導(dǎo)熱儀本體是兩個(gè)球殼同心套裝在一起，內(nèi)球殼外徑為d1，外球殼內(nèi)徑為d2，在兩球殼之間填充實(shí)驗(yàn)粒狀材料，熱量由裝入內(nèi)球殼中的球`形電加熱器加熱得到。熱量穿過內(nèi)球壁和被測材料到外球殼，外球殼通過自然空氣對流方式進(jìn)行冷卻。每個(gè)球殼布置上下兩個(gè)溫度測點(diǎn)，取其平均值作為球殼溫度。球體法便于測定各種散狀物料〔如沙子、礦渣、石灰等〕的導(dǎo)熱系數(shù)。手動(dòng)測試系統(tǒng)通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作完成手動(dòng)測量數(shù)據(jù)，其中，功率測量由電壓表和電流表檢測得到，溫度測量由電位差計(jì)檢測得到。計(jì)算機(jī)測量系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行監(jiān)測主畫面，實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)的測量值等。數(shù)字儀表測量系統(tǒng)通過數(shù)字儀表機(jī)柜，直接測量得到球壁溫度值和熱流功率值。實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確認(rèn)所在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上電壓表、電流表工作量程及指針讀數(shù)單位換算。學(xué)會(huì)用電位差計(jì)測量熱電偶信號操作要領(lǐng)。切換轉(zhuǎn)換開關(guān)，記錄4個(gè)溫度測量點(diǎn)數(shù)據(jù)；讀表得到電壓、電流數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表7-1中。圖7—2球體導(dǎo)熱儀實(shí)驗(yàn)裝置原理結(jié)構(gòu)圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理完成表7-1、表7-2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算及整理工作。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.結(jié)合課堂講授的理論及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生要提供自編的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書。2.學(xué)生要根據(jù)自己所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)獨(dú)立認(rèn)真地撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。要求字跡工整、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、觀察現(xiàn)象的文字描述層次清晰并應(yīng)結(jié)合理論教學(xué)中的知識(shí)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出分析和評價(jià)。七、思考題1．簡述用球體法測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)？2．如果安裝內(nèi)外球殼時(shí)略有偏心，導(dǎo)熱系數(shù)的測定是否會(huì)受到影響？為什么3．試說明懸掛在空中的實(shí)驗(yàn)球體，外球殼外表的換熱方式？如果球殼外表有空氣流動(dòng)或有陽光照射，對導(dǎo)熱系數(shù)的測量有沒有影響？為什么？表7-1實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)記錄記錄人：同組人：時(shí)間：實(shí)驗(yàn)參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)球殼溫度內(nèi)球殼溫度外球殼溫度試材名稱內(nèi)上t1－1內(nèi)下t1－2外上t2－1外下t2－2mvmvmvmv容重℃℃℃℃內(nèi)平均溫度t1=外平均球溫度t2=外球直徑tm=(t1+t2)/2=加熱功率電壓U(V)電流I(A)功率(W)內(nèi)球直徑環(huán)境溫度導(dǎo)熱系數(shù)λtm=(w/m·℃)表7-2實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)匯總臺(tái)號試材測試法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)％*測量誤差內(nèi)外球均溫tm加熱功率導(dǎo)熱系數(shù)λ1臺(tái)粒狀珍珠巖手動(dòng)測2臺(tái)手動(dòng)測3臺(tái)粒狀蛭石手動(dòng)測4臺(tái)手動(dòng)測3臺(tái)粒狀蛭石微機(jī)測4臺(tái)儀表測*手動(dòng)測量與微機(jī)和儀表測量的相對誤差〔以手動(dòng)測量為基準(zhǔn)〕實(shí)驗(yàn)8空氣橫掠單管強(qiáng)迫對流換熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測算空氣橫掠單管時(shí)的平均換熱系數(shù)h。2.測算空氣橫掠單管時(shí)的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)那么方程式。3.學(xué)習(xí)對流換熱實(shí)驗(yàn)的測量方法。二、實(shí)驗(yàn)測算公式1．根據(jù)牛頓冷卻公式可以測算出平均換熱系數(shù)h。即：h=w/m2·K〔8-1〕式中：Q—空氣橫掠單管時(shí)總的換熱量，W；A—空氣橫掠單管時(shí)單管的外表積，m2;—空氣橫掠單管時(shí)單管壁溫℃；—空氣橫掠單管時(shí)來流空氣溫度℃；—壁面溫度與來流空氣溫度平均溫差，℃；2．空氣橫掠單管換熱時(shí)，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式確實(shí)定根據(jù)傳熱學(xué)理論，換熱系數(shù)與流速、管徑、溫度、流體物性等有關(guān)，并可用以下準(zhǔn)那么方程式關(guān)聯(lián)：(8-2)空氣橫掠單管換熱時(shí)，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為：〔8-3〕在定常性溫度下()，普朗特?cái)?shù)可視為常數(shù)，故〔3〕簡化為：〔8-4〕式中Nu—努謝爾數(shù)，Nu，Re—雷諾數(shù)，Re，Pr—普朗特?cái)?shù)，(8-5),—由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)，—定性溫度由下式確定：℃〔8-6〕上述公式中，—外管徑〔m〕，—流體的導(dǎo)熱系數(shù)〔w/m·℃〕，—流體在實(shí)驗(yàn)測試段中的流速〔m/s〕，—流體的運(yùn)動(dòng)粘度〔㎡/s〕。3．實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算設(shè)y=lgNu，x=lgRe，在雙對數(shù)坐標(biāo)系下，公式〔8-4〕可寫為：〔8-7〕根據(jù)最小二乘法原理，常數(shù)及可按下式計(jì)算：〔8-8〕=(8-9)式中：N為實(shí)際工況測試點(diǎn)數(shù)(N=11或N＝10)。4．實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算〔1〕空氣流速u根據(jù)u=m/s〔8-10〕式中：—重力加速度，m/s2H—微壓計(jì)動(dòng)壓頭〔實(shí)測〕，〔酒精柱高〕—酒精密度(介=0.89*103kg/m3)，—空氣密度〔查表〕，kg/m3〔2〕單管加熱量QQ=UI單位：W〔8-11〕式中U—實(shí)驗(yàn)管端電壓〔實(shí)測〕，I—實(shí)驗(yàn)管工作電流〔實(shí)測〕。5．實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差計(jì)算用均方根誤差可以反映實(shí)驗(yàn)點(diǎn)〔x,y〕與關(guān)聯(lián)式代表線()的平均偏差。，〔8-12〕其中，N為測試點(diǎn)數(shù)(N=11或N＝10)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)如圖8所示。實(shí)驗(yàn)主體由風(fēng)箱、風(fēng)機(jī)、有機(jī)玻璃風(fēng)道組成。試驗(yàn)管為薄壁不銹鋼加熱圓管，安裝在有機(jī)玻璃風(fēng)道實(shí)驗(yàn)段中間。采用低電壓大電流的直流電對試驗(yàn)管直接加熱。低壓大電流直流電由硅整流電源供應(yīng)。調(diào)整硅整流電源可改變圓管加熱功率。為使雷諾數(shù)Re有較大的變化范圍，一方面在每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上安裝不同直徑的單管；另一方面，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口處的調(diào)風(fēng)口來改變空氣的流速。四、測試方法及實(shí)驗(yàn)步驟在試驗(yàn)管處風(fēng)道中裝有畢脫管，通過傾斜式微壓計(jì)測出實(shí)驗(yàn)段中空氣來流的動(dòng)壓H，然后計(jì)算空氣流速u。為了準(zhǔn)確測定試驗(yàn)管上的加熱功率并排除管子兩端的影響，在距離管端一定距離處焊有二電壓測點(diǎn)a、b，經(jīng)過分壓箱和轉(zhuǎn)換開關(guān)，用電位差計(jì)準(zhǔn)確測定該二電壓測點(diǎn)處的電壓降U。試驗(yàn)管的加熱回路中串聯(lián)了一標(biāo)準(zhǔn)電阻，電流流過標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)的電壓降△U經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)和電位差計(jì)測量，然后確定流過試驗(yàn)管的工作電流I。為了確定實(shí)驗(yàn)管壁的溫度tw，在試驗(yàn)管內(nèi)壁埋設(shè)熱電偶(熱端)，由于管壁很薄，僅0.2～0.3mm，故可足夠準(zhǔn)確地認(rèn)為外壁溫度tw等于內(nèi)壁溫度tw′。為使測量系統(tǒng)簡化，冷端熱電偶置于空氣流中。既熱端所處溫度為管內(nèi)壁溫度tw′，冷端所處為空氣溫度tf，由電位差計(jì)測出溫差熱電勢E〔〕?？諝鉁囟萾f用掛在墻壁上的水銀溫度計(jì)測量。實(shí)驗(yàn)時(shí)對每一種直徑的管子，空氣流速可調(diào)整9個(gè)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，保持管壁與空氣間有一定的溫差。每調(diào)整一個(gè)工況，須待工況穩(wěn)定后才能測量有關(guān)數(shù)據(jù)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．完成實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄〔表8-1〕。2．完成實(shí)驗(yàn)工況數(shù)據(jù)處理〔表8-2〕。3．將測出的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(X1,Y1)～(X11,Y11)繪在坐標(biāo)圖上，試說明實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的分布規(guī)律。4．將實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的代表線:繪在坐標(biāo)圖上，試算出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與代表線的平均偏差。注：建議用計(jì)算機(jī)Excel完成上述實(shí)驗(yàn)曲線。七、思考題1．實(shí)驗(yàn)管徑與準(zhǔn)那么方程式有什么關(guān)連？對于空氣橫掠單管強(qiáng)迫對流換熱過程，你能在教材或其他資料上找出Re的大至范圍嗎？2．影響對流換熱的主要因素是什么?3．試分析空氣橫掠管束時(shí)的強(qiáng)迫對流換熱系數(shù)？表8-1實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄時(shí)間：實(shí)驗(yàn)人：同組人：實(shí)驗(yàn)臺(tái)號：單位外徑d=(m)長度L=0.1(m)面積A=(㎡)調(diào)節(jié)參考值最大1101009080706050403020實(shí)測值pmm氣流動(dòng)壓H〔=0.2×P〕m電壓V〔×5倍率〕mVU〔＝V×0.201〕V電流A〔×5倍率〕mVI〔＝A×2〕A溫差Mv〔×5倍率〕mV(＝Mv×23.2)℃來流空氣溫度℃＝(tf1+tf2+tf3)/3試件壁溫〔計(jì)算〕tw℃表8-2實(shí)驗(yàn)工況整理記錄變量名稱單位變量計(jì)算最大1101009080706050403020()Kg/m3u()m/s定性溫度tm℃(tm)w/mK(tm)m2/sQwhw/m2KNuReX=lgRey=lg待定常數(shù),,實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：平均偏差1--風(fēng)箱；2--風(fēng)機(jī)；3--有機(jī)玻