2-13.具有对流换热条件的伸展体传热特性试验.doc

2-13 具有对流换热条件的伸展体传热特性试验 工程中有许多热量沿着细长突出物体传递的问题。它的基本特征是：某种细长形状的物体，从某温度的基面伸向与其温度不同的流动介质中，热量从基面沿着突出方向传递的同时，还通过表面与流体进行对流换热。因而沿突出物体的伸展方向温度也相应地变化。 本实验试测量一等截面的伸展体，在与流体间进行对流换热的条件下，沿伸展体的温度变化。一、实验目的及要求通过实验和对实验数据的分析，使我们更深入地了解伸展体传热的特性，并掌握求解具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。二、基本原理 具有对流换热的等截面伸展体，当长度与横界面之比很大时其导热微分方程式为： （1）式中：中空圆环柱状伸展体沿管长方向的坐标 过余温度，； 伸展体温度，忽略径向混差，近似看作的函数；伸展体周围介质（空气）的温度，也是的函数；系数，；空气对壁面的换热系数（）；伸展体外周长，本实验中，为伸展体管外径； 伸展体的横截面积，为伸展体管内径； 伸展体材料导热系数； 伸展体内的温度分布规律，由边界条件和值确定（试推导该方程）。 三、实验装置及测量系统本试验装置由风道、风机、试验元件、主付加热器、测温热电偶等组成。实验装置系统见图2-13-1。图2-13-1 伸展体传热特性实验装置及测量系统简图（实际装置与该图有出入）1.风机 2.风道 3.等截面伸展体 4.主加热器 5.测温热电偶6.附加热器 7.热电偶拉杆及标尺 8.热电偶冷端 9.电位差计10.电压表 11.风机变速开关 12.调压变压器试件是一根紫铜管，放置在一风道中，有风机和风道造成空气均匀地横向流过管子表面的对流换热条件。管子表面各处的换热系数基本上是相同的。管子两端装有加热器，以维持两端处于所要求的温度状况。这样就构成了一个两端处于某温度的、中间具有对流换热条件的等截面伸展体。 管子两端的加热器，通过调压变压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。 为了改变空气对管壁的换热系数，风机的工作电压亦可相应地作调整，以改变空气流过管子表面时的速度，从而改变换热系数。（实际实验装置风速不可调。） 为了测量铜管沿管长的温度分布，在管内安装了可移动的热电偶测温头，其冷端就放置在空气流中，采用的为铜康铜熱电偶。这样通过电位差计就可测出其热电势，热电势反映了管子各截面的过余温度。其相应的位置坐标可由滑动块在标尺上读出。 试件的基本参数：管子外径： 管子导热系数： 管子内径： 管子长度：加热器工作电压： 四、实验要求解方程 ；截面积为，外周长为的等截面棒状体，其导热系数为，两端分别与相距的两大平壁相连接，平壁保持定温和，圆棒与空气接触，空气温度为（设），棒与空气的对流换热系数为，见图2-13-2，求 （1）棒沿方向的过余温度分布式； （2）分析沿方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：、对过余温度分布的影响； （3）棒的最低温度截面的位置表达式（当存在最低温度值时）； （4）棒两端由壁导入的热量及。图213-2 过余温度求解示意图2计算直径为，长为的钢棒（）两端分别与平壁相连接。平壁保持定温，钢棒向四周空气散热，空气温度为，对流换热系数为。 （1）计算钢棒温度沿长度方向的分布；（2）求棒的最低温度点的位置及其温度值，绘出该棒的温度分布曲线；（3）求棒向空气的散热速率；（4）分别求出壁面1和壁面2对钢棒的导热量；（5）在为什么值时，壁面2为绝热面？并画出温度分布曲线。求每小时散入空气的热量； 以上两项要求在进行实验前完成。3实验要求（1）测出一定条件下，导体内不同截面的过余温度值；（2）用测得的不同位置过余温度数据求出实验条件下的值及值；（3）根据实验条件求得的值，用分析公式计算过余温度分布，过余温度最低处的位置坐标值，并与实测结果比较。4.实验内容（1）先调节管子两端的加热器，用调压变压器来控制其功率。使两端处于固定的温度，此加热过程约需要30分钟，直到电位差计上的示数稳定为止。（2）将标尺依次置于处，测量上述10个点的过余温度，实际得到的数据为电位差计上的读数（），将其除以转换因子，即可转化为，每两个测量点之间大约需要分钟的稳定时间。（3）实验结束后，先将调压变压器输出调到零，待试件降温至接近常温后再关掉风机，以免损坏实验装置。五、实验报告及注意事项1.试验报告及其要求：通过理论分析与实验实测，总结对具有对流换热表面的伸展体传热特性认识。2.注意事项（1）调整加热器功率时须注意两端温度不要过高，以免烧坏测