實(shí)驗(yàn)四 ms管內(nèi)對流換熱實(shí)驗(yàn)

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1、實(shí)驗(yàn)四　MS管內(nèi)對流換熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解對流換熱實(shí)驗(yàn)的一般方法和了解如何建立對流換熱的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式；2、了解相似理論對實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用；3、熟悉測溫、測速的基本方法；4、了解計(jì)算機(jī)在熱工測量中的應(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，通過理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的分析方法來描述傳熱現(xiàn)象的各種因素對傳熱能力影響作用。由于各種原因，一些傳熱現(xiàn)象不能用數(shù)學(xué)方法描述，或者描述該問題的微分方程組無法求解，而工程師又需要得到這種情況下的實(shí)用的結(jié)果來解決實(shí)際問題。這種實(shí)用的結(jié)果就要通過傳熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)來得到。傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)大部分是在與

2、實(shí)際問題相似的實(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)際問題聯(lián)系起來，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)際問題中去。經(jīng)過相似理論分析，描述傳熱的關(guān)系式可以用合理的無量綱相似準(zhǔn)則數(shù)組合來表示。無量綱準(zhǔn)則數(shù)的形式可以通過對描述換熱的微分方程組進(jìn)行無因次化得到。（請參考傳熱學(xué)）根據(jù)相似原理，流體在圓管內(nèi)湍流流動(dòng)強(qiáng)制對流換熱時(shí)，其準(zhǔn)則方程式的一般形式為Nuf＝f（Ref，Prf）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＝CRefm·Prfn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)來測量Nuf、

3、Ref和Prf，這些準(zhǔn)則數(shù)都是對流換熱系數(shù)、溫度、速度、比容、特征尺度以及一些物性參數(shù)的組合，因此需要通過間接測量才能得到。然后對實(shí)驗(yàn)測得的Nuf、Ref和Prf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、測試儀器本實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備為對流換熱實(shí)驗(yàn)臺。實(shí)驗(yàn)件為光滑的不銹鋼圓管（1Cr18Ni9Ti），通過在管外壁上布置測溫?zé)犭娕歼M(jìn)行溫度的測量。管子兩側(cè)同一大電流電源相連，對管子進(jìn)行加熱，加熱方式為等熱流方式。管內(nèi)介質(zhì)水由一臺小型清水泵提供，通過調(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

4、裝在管子進(jìn)出口處的測溫?zé)犭娕歼M(jìn)行測量。整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺分為：水路系統(tǒng)、試件箱、加熱系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)四個(gè)部分。水路系統(tǒng)用來為實(shí)驗(yàn)提供不同流量的對流換熱介質(zhì)——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。水箱用來儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)用水；水泵用來驅(qū)動(dòng)水流過試件管；分流管用來改變流過試件的水的流量，改變分流管上的閥門開度使水泵抽出的水一部分流回到水箱，改變流過試件的水的流量；流量計(jì)用來測量流過試件的水的流量，也可通過流量計(jì)后的閥門對試件水流量進(jìn)行微調(diào)；散熱器用來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)對流

5、換熱實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)試件箱內(nèi)裝有不銹鋼圓管試件，試件通過巖棉保溫層同外界絕熱。試件的進(jìn)出口裝有測量水進(jìn)出口溫度的熱電偶。試件兩端通過電絕緣材料同水路系統(tǒng)連接，試件兩端還通過加熱電極同加熱部分連接。試件上焊有熱電偶用來測量管子的壁溫。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，最后通過加權(quán)平均得到整個(gè)管子長度上的平均溫度。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測量加熱的電壓和電流，通過計(jì)算得到加熱量。溫度測量系統(tǒng)包括熱電偶、亞

6、當(dāng)模塊、計(jì)算機(jī)組成，熱電偶用來測量水進(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)生的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并送入計(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)通過數(shù)據(jù)采集程序?qū)啴?dāng)模塊送過來的數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和顯示。四、參數(shù)測量1、努賽爾數(shù)　　Nuf＝式中　d——圓管的內(nèi)徑λｆ——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)段不銹鋼管的長度

7、，為介質(zhì)水的定性溫度。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wi為熱電偶測溫點(diǎn)的權(quán)重，ti為熱電偶測得的溫度。2、雷諾數(shù)式中m——介質(zhì)水的質(zhì)量流量，可由流量計(jì)直接讀出。μf——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＝式中　Ｃp——水的定壓比熱容五、實(shí)驗(yàn)步驟1、在管子外壁上焊接測溫?zé)犭娕迹ê附訒r(shí)同樣要注意不要把管壁焊穿）。測溫?zé)犭娕己附拥奈恢米远ǎ嚯x要適當(dāng)，不要過于集中到某一段。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量

8、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?，如果沒有便將分流管的閥門完全打開，關(guān)閉量程大的流量計(jì)前后的閥門，開啟量程小的流量計(jì)的前后閥門，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。5、