強迫對流管蔟管外換熱系數(shù)的測定.doc

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1、強迫對流管蔟管外換熱系數(shù)的測定一.實驗?zāi)康?.了解對流換熱的實驗研究方法；2.測定空氣橫向流過管蔟表面時的平均放熱系數(shù)，并將實驗數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式；3.學(xué)習(xí)測量風(fēng)速、溫度、熱量的基本技能。二.實驗原理根據(jù)相似理論，流體受迫外掠物體時的換熱系數(shù)α與流體流速、物體幾何參數(shù)、物體間的相對位置以及流體物性等的關(guān)系可用下列準(zhǔn)則方程式描述：Nu=f(Re，Pr)實驗研究表明，空氣橫掠管蔟表面時，由于空氣普朗特數(shù)（Pr=0.7）為常數(shù)，故一般可將上式整理成下列的指數(shù)形式，Num=CRemn式中：C，n均為常數(shù)，由實驗確定，Num—努謝爾特準(zhǔn)則Num=αD/λmRem—雷諾準(zhǔn)則Rem=

2、Wd/γm上式各準(zhǔn)則中：α—壁面平均對流換熱系數(shù)[w/(m2.℃)]；d—實驗管外徑，作為定性尺寸，[m]；λ—空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，w/(m.℃)；W—空氣流過實驗管外最窄截面出流速，[m/s]；γ—空氣運動粘度，[m2/s]。角下標(biāo)“m”表示以空氣邊界層平均溫度tm=(tw+tf)/2作為定性溫度。式中：tw—實驗管壁面平均溫度[℃]；tf—空氣平均溫度[℃]。本實驗的任務(wù)在于確定C與n的數(shù)值，首先使空氣流速一定，然后測定有關(guān)數(shù)據(jù)；電流I、電壓V、管壁溫度tw、空氣溫度tf、微壓計動壓頭h。至于α、W在實驗中無法直接測得，可通過計算求得，而物性參數(shù)可在有關(guān)書中查得。得到一組

3、數(shù)據(jù)后，可得一組Re、Nu值；改變空氣流速，又得到一組數(shù)據(jù)，再得一組Re、Nu值；改變幾次空氣流速，就可得到一系列的實驗數(shù)據(jù)。三．實驗設(shè)備本對流實驗在一實驗風(fēng)洞中進行。實驗風(fēng)洞主要由風(fēng)洞本體、風(fēng)機、構(gòu)架、實驗管及其加熱器、水銀溫度計、傾斜式微壓計、畢托管、電位差計、功率表以及調(diào)壓變壓器等組成。實驗風(fēng)洞如圖1所示（溫度計、微壓計、電位差計、調(diào)壓變壓器等在圖中未示出）。由于實驗段前有兩段整流，可使進入實驗段前的氣流穩(wěn)定。畢托管置于測速段，測速段截面較實驗段小，以使流速提高，測量準(zhǔn)確。風(fēng)量由風(fēng)機出口擋板調(diào)節(jié)。實驗段為一叉排或順排管蔟段，實驗管置于管蔟第三排，管內(nèi)裝有電加熱器作為

4、熱源，管壁嵌有四對熱電偶對測壁溫。1-雙扭曲線進風(fēng)口；2-蜂窩器；3-整流金屬網(wǎng)；4-第一測試段；5-實驗段；6-第二測試段；7-收縮段；8-測速段；9-橡膠連接管；10-風(fēng)機；11-畢托管圖1實驗風(fēng)洞簡圖四．實驗步驟1．將畢托管與微壓計連接好、校正零點；連接熱電偶與電位差計，再將加熱器、功率表以及調(diào)壓變壓器的線路連接好。經(jīng)指導(dǎo)老師檢查確認(rèn)無誤后，準(zhǔn)備啟動風(fēng)機。2．在關(guān)閉風(fēng)機出口擋板的條件下啟動風(fēng)機，讓風(fēng)機空載啟動，然后根據(jù)需要開啟出口擋板，調(diào)節(jié)風(fēng)量。3．在調(diào)壓變壓器指針位于零位時，合電閘加熱實驗管，根據(jù)需要調(diào)整變壓器，使其在某一熱負荷下加熱，并保持不變，使壁溫達到穩(wěn)定（

5、壁溫?zé)犭娕茧妱菰谌昼妰?nèi)保持不變，即可認(rèn)為已達到穩(wěn)定狀態(tài)）后，開始記錄熱電勢、電功率、空氣進出口溫度及微壓計的讀數(shù)。電壓不得超180V。4．在一定熱負荷下，通過調(diào)整風(fēng)量來改變Re數(shù)的大小，因此保持調(diào)壓變壓器的輸出電壓不變，依次調(diào)節(jié)風(fēng)機出口擋板，在各個不同的開度下測得其動壓頭，空氣進、出口溫度以及電位差計的讀數(shù)，即為不同風(fēng)速下，同一負荷時的實驗數(shù)據(jù)。5．不同熱負荷條件下的實驗，僅需利用調(diào)壓變壓器改變電加熱器功率，重復(fù)上述實驗步驟即可。6．實驗完畢后，先切斷實驗管加熱電源，待實驗管冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機。五．實驗數(shù)據(jù)的整理計算1．壁面平均放熱系數(shù)α電加熱器所產(chǎn)生的總熱量Q，除了以對

6、流方式由管壁傳給空氣外，還有一部分是以輻射方式傳出，因此，對流換熱量Qc為Qc=Q-Qr=W-QrQr=εC0F[(Tw/100)4-(Tf/100)4]式中：Qr—輻射換熱量[w]；W—加熱電功率[w]；ε—試管表面黑度；ε=0.6～0.7C0—絕對黑體輻射系數(shù)；C0=5.67[w/(m2.K4)]Tw—管壁面的平均絕對溫度[K]Tf—空氣進出口的平均絕對溫度[K]F—管表面積[m2]；根據(jù)牛頓公式，壁面平均對流換熱系數(shù)為α=Qc/[(Tw-Tf)F][w/(m2.K)]1．空氣流速的計算采用畢托管在測速段截面中心點進行測量，由于實驗風(fēng)洞測速段分布均勻，因此不必進行截面

7、速度不均勻的修正。若采用傾斜式微壓計測得的動壓頭為h，則由能量方程式：P1/r空+u2/(2g)=P2/r空+0而P2-P1=(r水-r空)hU水=[2g(P2-P1)/r空]1/2=[2gh(r水-r空)/r空]1/2=[2gh(ρ水-ρ空)/ρ空]1/2式中：ρ水—微壓計水的密度，ρ水=1×103kg/m3ρ空—空氣的密度，根據(jù)空氣的平均溫度，可在有關(guān)書中查得。h—傾斜式微壓計液柱高[m]由上式計算所得的流速是測速截面處的流速，而準(zhǔn)則式中的流速是指流體流過試驗管最窄截面的流速W，由連續(xù)性方程：u測.F測=W(F試-L.d.