实验报告-横管自然对流传热规律实验研究

1、中国石油大学侵热学实验报告教师:实验日期：201365班级：石工1009成绩:学号：1 姓名：同组者: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口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：( t v ( t 丫 "=心亠二c=ha(tw-tj卜00丿(100门="(w)/?=iooj式中:一加热功率,w；一轴射换热量,w； ，一对流

2、换热量,w;管表血黑度；°。一黑体的辐射系数；c° = 5,67 (w/ni2k4)几，一管壁平均温度，c： 6室内空气温度,。c；a管表面积，m2；h 自然对流传热系数,w/ (m2°c)；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：nu = c(grpry,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，求岀准则数：nu =hdt式中,pr、a、入、v为空气的物性参数，山定性温度tm从教科书中查出。"2d为定型尺寸,取管外径，山=几一3 几为横管平均壁温,取各测点温

3、度平均值,即n测出稳定状态下四根横管的管捲温度、加热功率和空气温度，即可求得4组nu、 grpr数，把4组数据取对数绘在肓角坐标纸上,得到以innu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： inm/ =lnc + /iln(gr-pr)?这条直线的斜率即为山截距为inc。因此可以求出常数c和no三、实验装置及测量仪表实验装置冇实验管(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，产生的热量通过白然对流传热、辐射传 热和轴向导热向周i韦i传递，由于管长径比较大，轴向导热可忽略不计，

4、只考虑h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 最的比例减小，在总加热功率中减掉辐射传热量，则是自然对流传热最。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，町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。电加热功率则对用数显电压表、 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

5、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収。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。 用戢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，以备后而的同学进行实验。6. 测试数据记录表按表测最管壁温度twl,tw2,tw3twn室内空气温度2、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 (°c)空气 温 度平均壁温tw加热电流i(a)加热电压v(v)twltw2t»3t4tw51#176.584.87&

6、; 870. 190.776.63679.61.361276.885.479.571.290.977.03680. 11.3612#1108. 7109.997. 5104.3109. 011& 136107.91. 12632108. 1110.497.9105.4110.5119. 13610& 571. 12633#153.554. 155.957.3xx3655.20. 2422253.954.656.257.5x3655. 550. 24224#193.5104.3104. 5121.936106. 050. 58686.2293.8104. 9104.8121.7x

7、36106. 30. 58586. 1五、实验数据处理1.已知数据管号管径d(m)管长1 (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)计算加热的热最=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"2。用第一组数据处理，以1#第1次测量数据为例计算:(d = /xv = 1.3x61 = 79.3ww几1 +也+几3 +几4 +几5 +几6279.6 + 36_2-= 57.8°c76.5 + 84.8 + 78.8 + 70j +90

8、.7+ 76.6=79.6°cn =79.6 36 = 43 6°c(2)计算h然对流传热系数同理可计算的具他三纽数据，整理结果如下表2-2所示:表2-2管号o/wt/ct/cat/°c1#79. 379. 657.843.62#57.8107.971.9571.93#5. 2855. 245.619.24#50. 51106. 0571. 0370. 05以1#管为例计算：1# 管表面积 a = 7rxdxl =34 x 0.08 x 1.6 = 0.40192加 2h二 卩门 二“心1出(几-4)£(几-5)a(tw -t) tw -tm79.301

9、x5.67/79.6 + 273.15、436 + 273.15=1() _ ()0.40192x(79.6-36)79.6-36100100=3.09w/(m2*°c)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o/w管径d/m管长1 (m)表面积a/m2几代"c黑度£h1#79. 30. 081.60. 4019279.6360. 113.622#57.80. 061.20. 22608107.9360. 152. 143#5. 280. 040.80. 1004855.2360. 151.634#50.510. 020. 50. 03141

10、06. 05360. 1521.56(3)查出物性参数在教科书的附录屮查得空气的导热系数入、热膨胀系数b、运动粘度v和普朗特数pro上述物性参数山定性温度s查出，整理结果如下表24所示：其屮将空气视为理想气体，热膨胀系数0 =丄=i 几 cn+273.15表2-4管号t /°c m 72xl02/3/k'xvxlo6pr1#79.63. 050.00283521.090. 6922#107.93.250.00262424. 130. 6873#55.22. 870.0030461&460. 6974#106. 053. 240.00263724. 120. 687(4

11、)整理准则方程四根管的数据代入准则方程，可求出四组nu、grpi的数值，取对数后绘在直角坐标 纸上，以innu为纵坐标,ln（grpr）为横坐标。把数据点连成一条最住的直线，求出直线 的斜率n和截距inc,再反求ill co即町求出准则方程式：nu = c(grpr)n以1#管数据为例计算:nu力£ _3.62x0.o83.05x10*gr _ g阻试 _ 9.8x2.835x1()7x43.6x00* _394加 "一-一(21.09x10-6)2 * xg斤 pr = 1.394 x 1 ()6 x 0.692 = 0.965 x 106同理门j计算其它三组数据，整理结果如卜表25所示:表2-5管号nugrxlo5pr(gq pr)xl0in nuln(g人 pr)1#9.5013.940. 6929.652.25113.782#5.2716.250. 6871161.66213.933#4.558.610. 6976.001.51513.304#53.2615.930. 68710.943.97513.91以lnm,为纵坐标，ln（g人pr）为横坐标，绘制关系曲线如下：（舍掉最后一组数据）易得 n=0.55, lnc=-5.712c = exp(-5.712) = 0.033故准则方程式为 nu = c(gf