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1、實驗三空氣橫掠單圓管時受迫對流換熱一、目的了解空氣橫掠單圓管時受迫對流的換熱規(guī)律。測定空氣橫掠單管時平均換熱系數(shù)，并整理成準(zhǔn)則關(guān)系式Nu=CRen的形式。二、原理根據(jù)對流換熱的分析，流體橫掠單管時的換熱規(guī)律可以用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來表示：Num=f(Re,Pr)對于空氣，溫度變化范圍不大，上式中的普朗特數(shù)Pr的變化很小，可作為常數(shù)看待。故上式可簡化為：（1）如圓管表面具有的溫度為tw而空氣溫度為tf，根據(jù)牛頓冷卻公式，在穩(wěn)定傳熱情況下，空氣橫向掠過圓管所帶走的熱量為如果在試驗中能夠測定圓管的表面溫度tw，空氣溫度t
2、f以及圓管表面所散出的熱量Q，則平均換熱系數(shù)就可以用下列公式求出：h=Q/F(tw-tf)通過試驗要來確定空氣橫掠單圓管的換熱準(zhǔn)則關(guān)系式Nu=f(Re)。為使實驗中Re數(shù)有較大的變動，則可通過改變空氣流速w和管子直徑d來達(dá)到。為此在本實驗中，采用了不同直徑的管子在不同的空氣速度條件下進(jìn)行試驗，從而可以求得不同Re數(shù)下，不同的h值。根據(jù)定性溫度tm=(tf+tw)/2可以把這些h整理成許多無因次準(zhǔn)則Num，此地Num=hdo/λm，Re=wdo/vm，其中空氣物性參數(shù)可查表。然后將這些準(zhǔn)則數(shù)按線性回歸法整理成式(
3、1)形式的準(zhǔn)則關(guān)系式。三、實驗裝置本試驗裝置的由電鍋爐、風(fēng)機(jī)和傳熱管和凝結(jié)液位計組成。風(fēng)機(jī)出口處安裝有均流格珊，以保證試驗段中有均勻的空氣流速。傳熱管橫向安置在風(fēng)道試驗段中間。管內(nèi)通過的蒸汽為飽和蒸汽，可保證管壁溫度為一恒定值。圖3-1測定空氣橫掠單圓管時平均換熱系數(shù)的試驗裝置及測量系統(tǒng)調(diào)整電鍋爐的出口蒸汽壓力可改變傳熱管的表面溫度。試驗段中的空氣流速可借助源吸入口處的調(diào)節(jié)風(fēng)門來調(diào)節(jié)。試驗管所處風(fēng)道中裝有畢托管。通過傾斜式微壓計，測出試驗段中空氣來流的動壓頭ΔhmmH2O,然后計算空氣來流的速度w。（也可用數(shù)字
4、式風(fēng)速儀直接測出）空氣流的溫度tf用水銀溫度計測量。四、實驗步驟1.了解和熟悉整個試驗裝置各個部件及儀表。嚴(yán)格按照儀表使用說明進(jìn)行操作。2.啟動風(fēng)機(jī)前先檢查風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)向是否正確，應(yīng)避免雜物吸入風(fēng)口及對進(jìn)風(fēng)口的干擾。安裝畢托管時應(yīng)注意其垂直度，畢托管尾部長管測全壓，短管測靜壓。3.將測量系統(tǒng)的線路接好。對整個試驗系統(tǒng)檢查一遍，便可進(jìn)行試驗。4.啟動時先開風(fēng)機(jī)，開機(jī)前把風(fēng)門關(guān)閉。風(fēng)機(jī)正常運轉(zhuǎn)后，再將風(fēng)門調(diào)到所需開度;5.試驗時對每一種直徑的管子，空氣流速可以調(diào)整4～5個工況，蒸汽壓可根據(jù)管子直徑及風(fēng)速大小適當(dāng)調(diào)整、保
5、持管壁與空氣間有適當(dāng)?shù)臏夭?。每調(diào)整一次工況，均需達(dá)到穩(wěn)定后，方可測量。6.試驗結(jié)束時，關(guān)閉電鍋爐的電源，放出系統(tǒng)中的凝結(jié)液，并等加熱件冷卻下來后再把風(fēng)機(jī)關(guān)掉。五、實驗記錄實驗日期：年月日使用儀器的型號及量程：六、實驗數(shù)據(jù)的處理1.將實驗數(shù)據(jù)代入下列各式進(jìn)行計算：（1）空氣流速w（或直接用數(shù)字風(fēng)速測得）：根據(jù)伯努利方程，畢托管所測得的氣流動壓ΔP（N/m2）與空氣流速w(m/s)的關(guān)系為式中ρ為空氣的密度，kg/m，由空氣溫度tf查表確定。畢托管通過Ｕ型差壓計測得反映動壓的水柱關(guān)Δh(mmH2O),Δp=Δh×9
6、.81N/m2因此空氣流速m/s（2）試驗管工作段傳出的熱量QQ=MrW式中M傳熱管的凝結(jié)液量，r為汽化潛熱。（3）試驗管為圓壁,因此內(nèi)壁溫度大于外壁溫度tw。由于管壁很薄，僅0.2～0.3mm，且空氣與管壁間的換熱系數(shù)亦小，可以足夠準(zhǔn)確地認(rèn)為。（4）管子平均換熱系數(shù)αh=Q/F(tw-tf)式中F為試驗管工作段的外表面積F=πdlm2。（5）計算相應(yīng)的Nu數(shù)及Re數(shù)定性溫度用平均溫度tm=（tw+tf）/2。對于水平圓管其定型尺寸取管子外徑do。Num=hd。/λmRem=wd。/vm將計算結(jié)果填入表3-2中
7、。2.用線性回歸分析法求得空氣橫掠單圓管時的換熱準(zhǔn)則關(guān)系式。式（1）是一個曲線方程，對此式左右兩邊取常用對數(shù)，則可以使曲線方程直線化，式為lnNu=lnc+nlnRe如用X=lnRe,Y=lnNu,b=lnc,則上式可表示為Y=b+nX根據(jù)最小二乘法原理，系數(shù)b及n可按下式計算：式中K為試驗點的數(shù)目。ΣX，ΣY，Σ(X2)，Σ(XY)等計算見表3-3。七、實驗報告內(nèi)容1、實驗?zāi)康?、實驗原理與裝置簡圖3、實驗記錄4、實驗數(shù)據(jù)的處理5、試討論下列問題（1）將實驗結(jié)果與有關(guān)參考書給出的空氣橫掠單圓管時換熱的準(zhǔn)則方程
8、式進(jìn)行比較。（2）以lnNu為縱坐標(biāo)，lnRe為橫坐標(biāo)，將試驗結(jié)果畫在坐標(biāo)紙上應(yīng)連成怎樣形狀的曲線？表3-3計算項目12345678910111213141516ΣReNuX=lnReΣX=Y=lgNuΣY=X2Σ(X)2=XYΣ(XY)=b=[Σ(XY)-ΣY(X2)]/[(ΣX)2-K(X2)]n=[ΣXΣY-KΣ(XY)]/[(ΣX)2–KΣ(X2)]Nu=CRen表3-2計算結(jié)
