空气纵掠平板换热系数测量实验指导书-赵辉-20150617 (1)

1、空气纵掠平板换热系数测量实验指导书姓名： 班级： 学号： 教师： 时间： 郑州航空工业管理学院航空工程系二零一五年目 录第一章 实验装置说明1第一节 系统概述1一、概述1二、装置特点1三、技术指标1第二节 实验装置介绍1一、对象组成1二、控制系统1第二章 空气纵掠平板对流换热系数测试实验2一、实验目的2二、实验原理2三、实验设备及测试仪器2四、实验步骤3五、实验结果处理4六、实验要求5七、思考题5八、实验注意事项5第一章 实验装置说明第一节 系统概述一、概述局部换热系数是对流换热中的重要概念，特别是流体外掠物体时，物体表面各部位的局部换热系数变化很大。通过测定空气纵掠平板时的局部换热系数来了解

2、这一现象，并对产生这一现象的原因进行分析，加深对对流换热原理的认识。适合工程热力学、传热学、热工学等相关课程的实验教学。二、装置特点1. 实验装置采用专用工作台（配有万向轮，移动方便）等；设计思路新颖，结构安全可靠；2. 测温系统采用数显高精度仪表，保证其精度和稳定性，采用热电偶作为温度探头，测试观测点的温度；3. 进风口风量调节系统采用手轮调节机构，可实现无级调节；4. 设有电流型漏电保护、过载保护、接地保护，可对人身及设备进行有效保护。三、技术指标1. 输入电源：三相 AC380V±10% 50Hz2. 工作环境：温度0+40，相对湿度85%(25)，海拔4000m3. 系统容量

3、：3.5kW4. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准5. 外形尺寸：1140mm×550mm×1500mm第二节 实验装置介绍一、对象组成由实验平台、钢架、风机、倾斜式微压计、热电偶、有机玻璃风道、平板试件等组成。1. 有机玻璃风道：浅蓝色有机玻璃制作，外形尺寸：150×110×435mm。2. 采用倾斜式微压计，测量范围：0±2000Pa，工作介质：0.81g/cm3，95%乙醇，外形尺寸：330mm×200mm×230mm，最大工作压力：10000Pa，与毕托管（4mm×200mm）配套使用

4、，用于测量风道风速。3. 平板试件：试件长350mm，宽度100mm。试件最大加热电流：30A，加热温度：80。二、控制系统由控制屏、漏电保护器、温度巡检仪、低压高频直流电源、直流电压表、交流接触器、指示灯、控制开关等组成。1. 直流电压表：可通过琴键切换电压测量范围（有200mV，2V，20V，200V共4个档位）。2. 低压高频直流电源：规格：电流：0100A，电压：012V；输出方式：稳流限压、稳压限流可切换；显示方式：电压、电流表显示，工作、过热、故障显示；冷却方式：风冷。3. 温度巡检仪：电源电压：220V；输入规格：T分度热电偶。可同时测16路温度。第二章 空气纵掠平板对流换热系数

5、测试实验一、实验目的1. 了解实验装置的原理、测量系统及测试方法；2. 通过对实测数据的整理，了解平板局部换热系数的变化规律；3. 分析讨论换热系数变化的原因，以加深对对流换热的认识。二、实验原理换热系数是表征流体与固体表面之间换热能力的物理量。对流换热是由热对流和热传导两部分组成。外部流动换热是指换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，不会受到邻近通道壁面存在的限制。因而，在外部流动中存在着一个边界层外的区域，无论是速度梯度还是温度梯度都可以忽略。流体纵掠平板是对流换热中的最典型问题。本实验通过测定空气纵掠平板时的局部换热系数掌握对流，换热的基本概念的规律。局部换热系数，单位为W/(m2

6、·)，由下列定义：其中：q物体表面某处的热流密度，W/m2 t相应点的表面温度， tf空气来流温度，本实验装置上所用的试件是一平板，纵向插入风道中，板表面包覆一薄层不锈钢片，利用电流通过不锈钢片对其加热，可以认定不锈钢片表面具有恒定的热流温度。通过镶在平板里与不锈钢片接触的热电偶可以测得不锈钢片表面温度。三、实验设备及测试仪器空气横掠圆柱体局部换热系数测试的实验装置如图1所示。风道由有机玻璃制成，中间直插一可滑移的由绝缘材料制成的平板，在平板表面纵向包覆一金属片，金属片与平板间设有热电偶，沿纵向轴不均匀地共布置21个热电偶，它们通过补偿导线与温度巡检仪相联。金属片两端与电源导板联接。

7、通过电源导板对金属片通电加热，即形成一恒定热流密度。平板上的金属片由直流电源供给低压直流大电流通电加热，电流大小由控制面板电流表读出。当空气纵向流过平板时，测定离前沿不同位置处的片壁温度和电加热功率即可确定沿板片长度方向局部换热系数的变化。用毕托管、通过倾斜式微压计测量掠过平板的气流动压，以确定空气流速。测量中读出的是倾斜式微压计的倾斜管液柱长H（mm），读出的H值应当乘以倾斜式微压计的倍率，即得实际压差高度。由伯努利方程可得，式中为酒精密度，0.81g/cm3，为空气密度。图1四、实验步骤1. 连接倾斜式微压计，“+”压接头上硅胶管接至L型毕托管水平端，“-”压接头上硅胶管接至L型毕托管竖直

8、端，将阀门拨在“校准”档位，旋动零位调整旋钮调整液面至零点，然后将阀门拨在“测压”档位。将直流电源加热开关拨至“关”，电流调节旋钮旋至零位。关闭风机开关；调节风机进风口挡板至中间位置。2. 打开电源总开关，并检查各热电偶信号是否正常，在未加热时温度显示应均为常温。3. 调节风机进风口开度至适当大小，打开风机开关。4. 开启直流电源电源开关，并打开加热开关，拨至恒压档位，调节电流调节旋钮，将加热电流控制在一固定值（建议在20A左右），对平板试件缓慢加热。控制金属片温在40°C左右。5. 待温度稳定后开始测量（大约需要3分钟），从板前沿开始按热电偶编号逐点测出温度值。并记录加热电流、电压

9、以及气流动压。6. 实验完毕时，先切断平板加热电源，待平板试件冷却后再停止风机。五、实验结果处理1. 已知数据平板试件参数：板长L=0.35m，板宽0.1m；金属片宽b=0.09m，金属片厚1×10-4m；金属片总长0.7m。热电偶布置如下表：热电偶编号1234567891011离板前沿距离X/mm02.557.51015202532.54050热电偶编号12131415161718192021离板前沿距离X/mm6075901101301601902202603002. 数据记录t1/t2/t3/t4/t5/t6/t7/t8/t9/测量值t10/t11/t12/t13/t14/t1

10、5/t16/t17/t18/测量值t19/t20/t21/空气温度tf/电流I/A电压U/V液柱长H/mm测量值3. 电流I、电压U、温度t均可由电控箱上对应的仪表读出。4. 局部对流换热系数x在下列假设下：（1）电热功率均布在整个表面；（2）不计片面外界辐射散热的影响；（3）忽略片纵向导热的影响。局部换热系数x ，单位为W/( m2·)，可按下式计算：5. 局部努塞尔数Nux与雷诺数Rex其中：x离平板前沿的距离，m 空气的导热系数，W/(m·)，根据定性温度tm查出 v空气的运动粘性系数，m2/s，根据定性温度tm查出用来流温度与壁温的平均值作为定性温度，即，其中平均壁温。空气温度tf由实验室酒精温度计测量。六、实验要求1. 预习实验指导书，编制数据记录与计算用的表格；2. 绘制x-X关系曲线，并绘制Nux-ReX关系曲线；3. 分析沿平板对流换热的变化规律