边界层测定_-_副本

1、溯尸J、'疹实验报告课程名称：过程工程原理实验（甲）指导老师：叶向群#空气纵掠平板时流动边界层.实验筑称：热边界层的测量实验类型:同组学生姓名： 蒋增阳、胡鑫斌#一、实验目的和要求（必填）三、主要仪器设备（必填）五、实验数据记录和处理七、讨论、心得二. 实验内容和原理（必填）四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析（必填）#一、实验目的和要求1. 了解实验装置的原理、测量系统及测试方法。2. 掌握流动边界层内速度分布和热边界层内温度分布的规律，加深对边界层理论中各概念的理解。3. 了解动量传递与热量传递间的类比关系。二、实验内容和原理图1平板附近形成的流动边界层和热边界层示意图如图1所

2、示，平板表面具有恒定的热流密度当温度为T的空气以均匀來流u掠过平板时,*10 *8 *00在平板附近形成流动边界层和热边界层。记6、&为平板流动边界层及热边界层厚，则§、6仅为X的函数，且5/q.为常数。6、&与X的关系可通过测量不同X处气流的速度分布Uy）、温度分布Ty）来确定。实验中，用热电偶町得到温養：用毕托管町测得气体流速。具体如下：热电偶A、B均为铜一康铜热电偶，以空气來流作为参考温度，热端、冷端每度温差的热电偶输出町近似取为0.043niv/oC，冈此八 _ Tg = eS - 7j/0. O43°C(I)jTl； =E(TTj/0.043

3、76;C(-)?其中E为温差所对应的热电势。用毕托管测得的u按下式计算：11=严亍(p = KRpQ jrfl此可以得到边界层内外的空气速度。| 其中：u一一空气速度，m/s；jPq 一一倾斜式微压计指示液密度，kg/m3:jp一一空气密度，kg/R倾斜式微压计读数，mm-,莪 g 巫力加速度，918m/s2订线K一一倾斜式微压计倾斜常数。三、主要仪器设备j本实验流程图如图2所示：图2 实验装呂流程图实验装置由风源、试验段和测量系统构成。试验段Fh冇机玻璃制成的风道、平板试件及提供热 源的低压直流电源构成。平板纵向插入风道中并可在风道内上、卜移动，平板表面为一薄的不锈 钢片（内衬有较厚的胶木板

4、），并由低床直流电源提供恒定的电流I进行加热，使不锈钢片表面其 仃恒定的热流密度平板表面温度Ev的变化直接反映出表面对流传热系数的大小。测量边界层内场的变化情况的测温探头和测速探头被一同安装在一位移机构卜.，并位于试验风 道出丨|处，二探头的位移由百分表精确测最。探头接触平板壁面的初始位置由机构内的电回路上的 指示灯控制，位移机构上固定探头处月一微调件，可以调节探头的伸出距离，使二探头处于对平板 壁面有同样的相对位置。本实验中，测速探头为一毕托管，外接倾斜式微压计：测温探头用热电偶。平板壁温珀通过热 电偶、转换开关经直流数字电压表测出，其中热电偶的热端放在不锈钢内表面与胶木板之间，冷端 放在风

5、道主气流中，热电偶反映的是温差氟一 a ）所对应的热电势四、操作方法和实验步骤1. 连接并检査所有线路和设备，将直流电源电压调节旋钮逆时针转到底，指针指在零位，往卜移动 平板，使平板前缘位于风道出口处。2. 打开风机调节风门，控制进风量恒定。3. 接通直流电源，并慢慢地提高输出电压，使电流为15A,对平板进行加热。4. 调节百分表旋钮，使探头向平板靠近，然后调节测温探头利测速探头的微调旋钮，使二探头同时 刚刚触及平板壁面，即:指示灯同时亮或同时暗。调好后将百分表旋至本位并记卜百分表初始读 数。5. 从探头触及平板壁表而处开始测量，每移动05mm测量一次，读出微压计读数，同时记录热电势 E（T

6、-To）及位移值y,直至微压计、E（T -To）读数不变，得一组数据。6. 将平板往下调节（增人X）,固定在一个新的位置，重复实验步骤4、5。7. 重奴步骤6,直至测到5组数据后，开始测量壁温坯。8. 接热电偶A编号旋转热电偶连接板的旋转开关（注意：用于抓住热电偶连接板以免连接板掉卜J , 用直流数字电压表逐点读出其温差电势E（l；v -I；）.9. 实验结束时，将电床调节旋钮逆时针旋到底，指针恢复零位，关掉直流电源。然后再将风门开到 鼓人位豐，将平板试件冷却下来后再关掉风机。五、实验数据记录和处理1. 平板试件参数板长 h =0.3 3m 板宽 12 =0.0&n金属片宽b =0.0

7、6如金属片b2 =0.00in金属片总长=272 = 0. 66m2. 实验原始数据记录如表一和表二（下页）所示，最原始的记录可见最后附页。其中,测得当时空气温度,也即九=331°CPosina = glOkg/3 x 0-2表一热边界层、流动边界层测定原始数据x=120mmy/mm0 0000.5001 0001.5002 0002.500E/mV0 1800.0950 0340 0130 002-0 002R/mm45 058 561 563 065 567 5y/mm3 0003.5004 0004 500E/mV-0.008-0010-0.012-0014R/mm68.066

8、 067 567 5x= 140mmy/mm0 0000.5001 0001 5002 0002 500E/mV0 1820 1540 0600 03200150 003R/mm47 057 060 063.063 565.0y/mm3 0003.500E/mV-0.002-0 007R/mm65.565 5x= 160mmy/mm0 0000 5001 0001 5002 0002 500E/mV0 1850 0900 0480 02500130 006R/mm46.555 558.560 563.065.0y/mm3 0003.500E/mV0 002-0 003R/mm66 565 5x

9、=180mmy/mm0 0000 5001 0001 5002 0002 500E/mV0 1940.1700 0680 0390 0220 018R/mm40.051 056 058.061.561.5y/mm3 0003.500E/mV0 0030 000R/mm64 064 0x=200mmy/mm0 0000.5001 0001.5002 0001500E/mV0 2080 1620 0820 0440 0280 020R/mm42.047 554 557 560 0640y/mm3 0003.500E/mV00130 003R/mm64.064 5x=220mmy/mm0 0000.

10、5001 0001 5002 0002.500E/mV0 2090 1750 0870 0500 0410 024R/mm38.542 551 056059 061.0y/mm3 0003.5004 000E/mV00130.0080 003R/mm61063 064 0表二平板壁温分布测定编号1345675x(mm)002.557 51C15E(mv)0.2720 2790 3560.3650 43104220 496Tw( °C)394339.5941 3841.5943.1242 9144.63编号891011121314x(mm)202532540506075E(mv)049

11、80 55705550 6080 5970 6430 635Tw(°C)44 6846 0546 0147 2446 9848.0547.87编号15161718x(mm)90110130160E(mv)0 6830 6720 6970702Tw (°C)48 9848.7349 314943注释：表一中所有数据均为原始记录，表二中除了壁温花”以外也均为原始数据记录。忌的计算如F （取第1组数据做演示计算）：因为 -人=E（% 一几）/0.043°C，所以7； = ： + 尸伉-7；）/0. 043 = 33. 1 + 0. 272 / 0. 043 = 39.

12、43°Q 其余的耳，均可由此法求得。3. 由表一可以得到不同*处的速度边界层和热边界层的厚度5和齐。E值稳定后的y值就是热边 界层的厚度，而r不再发生变化时的y值就是速度边界层的厚度，得到结果列入卞表三中。表三务.J/JT对应表x(mm)5(umi)& (nun)8/Sy1202 0002 5000 8001402 5003 000083316025003 0000.8331803 0003 5000.8572003 0003 5000.8572203 5004 0000 8754. 取表一中* = 120顾时的数据变计算得出壁温1；寸和速度u，列入卜表四中。表四x=120m

13、m时的壁温和速度值y(mm)0 0000.5001.0001.5002.00015003.0003.5004.0004 500E(mv)0 1800 0950 03400130 002-0 002-0 008-0 010-0 012-0014R(mm)45.058.561 563 065 567 568 066 067 567.5Tw( °C)37. 2935. 3133. 89334033. 1533.0532.9132. 8732. 8232. 77u(m/s)11. 0812. 6312. 9513. 1113. 3713.5713. 6213. 4213. 5713. 57注

14、：表中的y、E、R为实验测得值，丁話和U为计算值。取第1俎实验数据(y = 0. 000肿)做计算演示，其余数据均可由此法求得：因为T-l； = E(T-l；)/0.04rC '所以T = ： + 圍厂 一 7；)/0. 043 = 33. 1 + 0. 180 / 0.043 = 37. 29°C。u =(2翊K/p严 =(2 x 9. 81 x(45. 0/1000)x 810 x 0.2/1. 165 严 =11. 08加/s六、实验结果与分析1. 根据表三，作5x、§Tx图，如下图3所示。Equationy s Intercept + Br)ri + B2B

15、 vf -.WeightNo WeightingResidual Sum of Squares0.09235Ad|. R- Square0.086724>lueStandard BroCIntercept0 007030.15137CB10.024840.00276CB23 26544E-1 23557 E-5Y/m4.03.53.02.50.50.0-0.5100150200x/mmEquationy = intercept - B1wx*l + B2*x*2WeightNo WeightingResidual Sum of Squares0.087188. R- Square0.08

16、336Ski色Standard BrorBbiteriept0.00330.14708BBl0.018870.00209BB21.53377 E-51.2005E-5250图35x、对应图由图3可以看出，速度边界层和热边界层厚度与x呈抛物线关系。均随x的増加而先增加后 不变。两边界层的方程为：= 0 0033 + 0 01887x _ (1-53377E 5)x?R? = 0-983366严000703 + 0-02482% 一(326544E 5)x2R? = 0-98672图中曲线最后应趋于平坦，rh于测量的数据不够多，未能明显看出。由表三最后一栏，可以 看出尽管5和齐随x的变化而变化，但

17、5/爲的比值基本不随x变化，取平均值 § I 0 = 0.843。査空气参数表，知30弋时空气的普兰特准数P"0.701, pr"3 u 0.888故 5/令VP？，与理论基本吻合。实验中由于直流数字微圧表和倾斜式微压计读数均存在误差, 尤其是直流数字微压表读数摇摆不定帯來较人误差，所以实验结果存在误差，但工程上认为与理 论值相符。由的值知热边界层的厚度要人于速度边界层。2. 根据表二，作璧温pvx图，如下图4所示。x/mm图4 壁温,X图由图4町以看出，壁温随x的增加先增加后不变，这是因为当x小的时候，热边界层薄， 热阻小，温度低。由于实验数据影响条件较多，最后

18、的温度稳定阶段也是相对稳定而己，不可 能绝对稳定不变，故壁温在一定范怜I内波动根据表四町得到边界层内的温度分布和速度分布如卜图5所示。8143713121102y/mm34536 -35343332 -图5 边界层内温和速度分布注释：由图5町知，温度随y的增加而降低：速度随y的增加人致呈上升趋势，因为随着 y的增加，流体阻力减小，所以速度增加。肉此表四l>y=3 5mm所对应的速度数据仃帛误。可 能是实验温度测量不准的缘故。综上：速度边界层和热边界层内均存在很大的梯度，边界层是热最传递和动最传递的主要 区域。3. 本实验属于工程验证型实验，实验结果受实际直杂情况的影响程度校人。实验误差的主要來源仃：1. 实验时要控制加热电源、进风量的恒定