强迫对流管簇管外放热系数测定(发学生).doc

强迫对流单管(管簇)管外放热系数测定实验实验报告班 级：_学 号：_姓 名：_课 程：_一、实验目的：1.了解对流放热的实验研究方法；2.测定空气横向流过单管表面时的平均换热系数h ，并将实验数据整理成准则方程式；3.学习测量风速、温度、热量的基本技能。二、实验原理：根据相似原理，流体受迫外掠物体时的放热系数 与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列方程式描述：实验研究表明，流体横向单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式： 式中 c、n、m、均为常数，由实验确定. 上述各准则中，d 实验管外径，作定性尺寸米 u 流体流过实验管外最窄面处流速；m/s 流体导热系数W/m 流体导温系数m/s 流体运动粘度m/s h 对流换热系数W/m流体边界层平均温度Tm= 1/2（tw+t）作为定性温度。鉴于实验中流体为空气，Pr=0.7故准则式可化成：本实验的任务在于确定c与n的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I、电压V、管壁温度tw、空气温度tf。至于h、u在实验中无法直接测得,可通过计算求得,而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组Re、Nu 值，改变空气流速，又得到一组数据后，再得一组Nu、Re值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。三、实验设备： 本实验在一实验风洞中进行。实验风洞中主要由风洞本体、风机、构架实验管及其加热器、差压传感器、毕托管、电流表、电压表，巡检仪以及电子调压膜块组成。风洞本体如图； 1、集流段； 2、插排前段； 3、实验段； 4、插排后段； 5、收缩段；6、测速段； 7、毕托管； 8、风门电机； 9、风机； 10、配电箱；11、实验桌；12、差压传感器； 13、差压传感器由于实验段有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管置于测速段，测速段截面比实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四对热电偶以测壁温。四、实验步骤1.将毕托管与压差传感器连接好；连接热电偶、加热器及风机线路接好，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。2.在关闭风机风门的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启配电箱上的正转或反转开关；调节出口挡板正转和反转开关只需点动计可。本实验台是由司服电机控制风门开起大小。3.在数显电压表指针为零时，打开加热开关，根据需要调整调压旋钮，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录巡检仪上的空气进出口温度、微压计的读数、电流、电压，以上电压不得超过180V。4.在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re数的大小，因此保持调压膜块的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的的开度下测得其动压头，空气进、出口温度以及电位差计的度数，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。5.不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压膜块改变电加热器功率、重复上述实验步骤既可。6.实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再停止风机。五、实验数据的整理计算：1.壁面平均放热系数h电加热器所产生的总热量Q，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方工传出去的，热量为Qr ，因此对流放热的Qc为:Qr 辐射换热量； 试管表面黑度； = 0.60.7Co 绝对黑体辐射系数 Co = 5.67； T 管壁面的平均温度；T 流体的平均温度； F 换热管表面积；根据牛顿公式，壁面平均对流放热系数为 (W/m2k)2.空气流速的计算采用毕托管和红油微压计测量器流速： 式中：为红油微压计的度数，单位Pa.由上式计算所得的流速是测速截面外的流速，而准则式中的流速u是指流体流过试验管最窄截面的流速，由连续性方程：式中：A测测速处流道截面积；A试放试管处流道截面积； L试验管有效管长； d 试验管外径； n 试验管数； U测 测速处流体流速； U试 试验管截面处流速；3.确定准则方程式将数据代入，得到准则数，即可在Num为纵坐标，以Re为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连起来，因：LgC为直线的截距，n为直线的斜率，取直线上的两点 即可得出具体的准则方程式六、实验数据（原始数据，数据整理）1、已知数据空气导热系数 试验管外径d= 试验管有效长度L=A测= A试=2、表一 实验测试数据实验条件序号电压（V）电流(A)壁面温度t1、t2、t3()气体进口温度()气体出口温度()微压计读数(Pa)空气运动粘度(m/s)相同热负荷123不同热负荷1233、表二 实验计算数据实验条件序号总热量Q（W）辐射换热量Qc（W）