实验八固体小球对流传热系数的测定(精)

实验八固体小球对流传热系数的测定一•实验目的工程上经常遇到凭借流体宏观运动将热量传给壁面或由壁面将热量传给流体的过程，此过程通称对流传热（或给热）。显然流体的性质以及流体的流动状况还有周围的环境都会影响对流传热。了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重大的实际意义。通过实验训练学生掌握一种测定对流传热系数的方法。通过实验达到下列目的：测定不同环境与钢球之间的对流传热系数，并对所得的结果进行比较。了解非稳态导热的特点以及毕奥准数（Bi）的物理意义。熟悉流化床及固定床的操作特点。二•实验原理将一直径为ds,温度为T0的小球，（或铜球）置于温度为恒定Tb的周围环境中，由于TbHT0，小球必然要受到加热或冷却，温度变为T,在传热的过程中小球的温度显然随时间e而变，这是一个非稳态导热问题。在实验中所用钢球的体积相当小，而热导系数有比较大，可以认为钢球内不存在温度梯度，即整个球体的温度是均匀一致的，于是对钢球可以写出如下能量衡算式，(1)(2)(3)TOC\o"1-5"\h\zpVCdT=-hA(T-Tb)d0 (1)(2)(3)d(T—T) hAcb=— d0T—T pVCb初始条件：e=0时，T-Tb=T0-Tb积分(2)式，\Td(T—Tb)=»二^纺0t0T—T opVC0)=exp~Bi•F0)=exp~Bi•F)0 a=exT—T0bBi=竺型Ka0F=0(V/A)2式中：K——导热系数[W/(m・K)]a=(K/p・C)——物体导温系数[m2/h]对小球：dS1 T—Th= —pC（lno b）60 T—Tb(5)d2pCT—Tslnob60K T—T(5)b通过实验测得钢球冷却曲线，由温度记录仪记下T〜0关系，就可由式（4）及（5）求出h和Nu的值。由于Bi=h（V^^），其物理意义为小球内部的导热热阻4与外部对流热K K阻1/h的比值，当BivO.l时，球体内部热阻可以忽略不计，按式（3）计算,误差小于5%,能满足一般工程要求。三•实验装置及流程实验装置及流程参见图8—1。图8—1实验装置流程图说明：1—罗茨鼓风机；2—放空洞；3—文氏流量计；4、5、6、7—管路调节阀；8—沙粒床层；9—带嵌装电热偶的钢球（测件）;10—温度记录仪；11—压差计；12—管式加热炉；13—电加热炉控制器四•实验步骤1•测定小钢球的直径。开启电源，调节管式加热炉温度至400〜500°C。将置有嵌装热电偶的小钢球放于加热炉中加热，并从温度记录仪中读取数值，当钢球温度升到400C（即迅速取出，并按实验要求在不同环境下进行实验，钢球的温度随时间变化的关系（冷却曲线）由温度记录仪记录。分别在流化床，固定床，强制对流，自然对流等情况系测定h。五•实验报告1•计算实验用小球的Bi准数，缺点其Bi是否小于0.1。计算四种不同条件下的对流传热系数，并进行比较。将实验结果与理论值作比较，并进行适当讨论。六•预习要求1•明确是目的和原理2.对球体的选择有那些要求，为什么？3•加热炉的温度为何要控制在400〜500°C，太高太低有何影响？4•实验在四种不同环境、相同环境不同气速下进行测定，实验前作出实验数据记录表？主要符号说明P—球体密度kg/m3v—球体积m3c—比热J/kg・Kh—对流传热系数W/m2・KA—面积m2t—经过时间e后的温度C或KTb—环境温度CT0—初始温度Ce—时间SBi—毕奥准数无因次F—傅立叶准数无因次K—导热系数W/m・Ka