横管自然对流传热规律实验研究.doc

中国石油大学传热学实验报告实验日期： 2012-6-4 班级：石工09-10 成绩： 教师： 学号：09021452 姓名：任婷 同组者：周霞、栾婷婷实验二 横管自然对流传热规律实验研究一、实验目的1了解空气沿横管表面自然对流传热规律的实验研究方法，巩固课堂上学过的传热学知识。2测定横管的自然对流传热系数h。3通过数据处理，整理出自然对流传热准则方程式。二、实验原理对横管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量为总热量与辐射热换量之差，即：, , (W) 式中：一加热功率,W； 一辐射换热量,W； 一对流换热量,W； 一管表面黑度； 一黑体的辐射系数；（W/m2K4） 一管壁平均温度, ； 一室内空气温度,； A一管表面积，m2； h一自然对流传热系数,W/(m2)；根据相似理论，对于自然对流传热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数，可表示成：其中C、n是通过实验所确定的常数。为了确定上述关系式的具体形式，根据所测的数据，求出准则数： 式中，Pr、为空气的物性参数，由定性温度tm从教科书中查出。，d为定型尺寸,取管外径,。为横管平均壁温，取各测点温度平均值，即。测出稳定状态下四根横管的管壁温度、加热功率和空气温度，即可求得4组Nu、 GrPr数，把4组数据取对数绘在直角坐标纸上,得到以lnNu为纵坐标，以ln(GrPr)为横坐标的一系列点，画一条直线，使大多数点落在这条直线上或周围，根据： ,这条直线的斜率即为n，截距为lnC。因此可以求出常数C和n。三、实验装置及测量仪表实验装置有实验管(四种类型)，支架、测量仪表电控箱等组成。(见简图)实验装置示意图实验管内有加热丝，通一恒定电流可加热，产生的热量通过自然对流传热、辐射传热和轴向导热向周围传递，由于管长径比较大，轴向导热可忽略不计，只考虑自然对流传热、辐射传热，为了减少辐射传热量，管壁采用电镀，使其黑度系数减小，辐射传热量的比例减小，在总加热功率中减掉辐射传热量，则是自然对流传热量。经过一段时间后，管壁温度趋于稳定，实验管上有热电偶安装在管壁上，可以测出出管壁的温度，由安装在电控箱上的测温数显表通过转换开关读取温度值。电加热功率则可用数显电压表、电流表读取，并计算出加热功率。四、实验步骤1熟悉实验装置的组成、各部分的作用、测量线路和加热线路。2实验装置已提前加热基本趋于稳定，实验时不要调节加热电压。3开始测量各参数。管壁温度通过数显仪表和按键开关依此测量，其中1#、2# 管有6个测温点，3#、4# 管有4个测温点， 室内空气温度用数显温度计测量，加热电流和加热电压直接从数显仪表上读取。4间隔20分钟再测一次，若两次数据误差小于1%，则说明达到稳态，即不再测量。用最后一次测的数据进行数据处理。若误差较大，可过20分钟再测一次。5测量完结束实验，但不要关闭电源，以备后面的同学进行实验。6测试数据记录表按表测量管壁温度tw1,Tw2,tw3twn室内空气温度t、电流I、电压V。记录在表中。表2-1 实验数据记录表管号测量次数管壁各点温度twi（）空气温度t平均壁温tw加热电流I（A）加热电压V（V）tw1tw2tw3tw4tw5tw61#175.288.689.684.788.334.585.281.364275.088.789.784.688.234.585.241.3632#177.780.676.283.878.034.579.260.6738278.080.076.884.377.934.579.400.67383#172.468.568.768.734.569.5750.4843273.068.569.268.934.569.900.48434#169.776.965.169.834.570.3750.1928270.577.164.670.334.570.6250.1928五、实验数据处理1已知数据管号管径d(m)管长l(m)黑度1#0.081.60.112#0.061.20.153#0.040.80.154#0.020.50.152数据处理(1) 计算加热的热量=IV（W)、平均壁温、定性温度，定性温度取管壁温度和空气温度的平均值。 用最后一次数据处理，以1#第2次测量数据为例计算：同理可计算的其他三组数据，整理结果如下表2-2所示：表2-2管号/Wtw/tm/t/1#81.985.2459.8750.742#25.4679.456.9544.93#20.6469.952.235.44#5.3270.62552.562536.125(2) 计算自然对流传热系数以1#管为例计算：1#管表面积 =3.09w/(m)同理可计算其他三组数据，整理结果如下表2-3所示：表2-3管号/w管径d/m管长l(m)表面积A/m/黑度h1#81.90.081.60.4019285.2434.50.113.092#25.460.061.20.2260879.434.50.151.583#20.640.040.80.1004869.934.50.151.834#5.320.020.50.031470.62534.50.153.51(3) 查出物性参数在教科书的附录中查得空气的导热系数、热膨胀系数、运动粘度和普朗特数Pr。上述物性参数由定性温度查出，整理结果如下表2-4所示：其中将空气视为理想气体，热膨胀系数表2-4管号/1#59.872.8960.00300318.9320.6962#56.952.8870.00302918.6800.69673#52.22.8490.00307418.1670.69774#52.56252.8530.00307218.2110.6972(4) 整理准则方程四根管的数据代入准则方程，可求出四组Nu、GrPr的数值，取对数后绘在直角坐标纸上，以lnNu为纵坐标,ln(GrPr)为横坐标。把数据点连成一条最佳的直线，求出直线的斜率n和截距lnC，再反求出C。即可求出准则方程式：以1#管数据为例计算:同理可计算其它三组数据，整理结果如下表2-5所示：表2-5管号1#8.53621.330.69614.852.14414.2112#3.2848.250.69675.751.18913.2623#2.5692.070.69771.440.94411.8804#2.4610.260.69720.180.9009.814以为纵坐标，为横坐标，绘制关系曲线如下：易得 ； 故准则方程式为 六、实验总结通