实验三强迫流动单管管外放热系数测定

强迫流动单管管外放热系数测定一、 实验目的了解对流放热的实验研究方式；学习测量风速、温度及热量的大体技术；测定空气横掠单管表面的平均放热系数，并将实验数据整理成准测方程二、 实验原理依照牛顿冷却定律公式，壁面平均放热系数h，可由下式计算：h=——2—— [W/m2°C] (5-1)A(t-tf)式中：Qc：对流放热量，w；F:实验管有效放热面积，m2；tw:实验管壁面平均温度，°C；tf:实验管流体平均温度，C。依照相似理论，流体受迫外掠物体的放热系数h与流速u、物理几何尺寸及流体的物性等因素有关，可整理成下述准那么方程式：Nu=CRenPrm (5-2)由于本实验中，流体为空气，Pr=常数，故式5-2可简化为：Nuf=CRen (5-3)式中：Nu:努赛尔特准那么，Nuf=算；fudRe：雷诺准那么，Re=;VfD：实验管外径，m；u：流体流过实验段最窄截面处的流速，m/s；«：流体导热系数，w/mC；vf：流体运动粘度，m2/s。准那么中的角标“f”表示用流体的边界层的平均温度tf作为定性温度。本实验的任务是测定Nu和Re准那么中所包括的各物理量，如t、u、d、vf、入f，用公式5-1计算出h，组成准那么，然后通过数据处置，求得C与n值，从而成立准那么方程式5-3。

三、实验设备本对流放热实验在实验风洞中进行。实验风洞要紧由有机玻璃风洞本体、构架、风机、实验管、电加热器及热工仪表（包括水银温度计、倾斜微压计、皮托管、电位差计（或温度显示仪表）、电流表、电压表（或功率表）和调压变压器）组成（图1）。风洞本体包括：双扭曲线进风口、蜂窝器、金属网、第一测试段、实验段、第二测试段、收缩段、测速段、扩大段等。由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳固，而测速段的截面积较实验段小，以使流速提高，可提高测速的准确性，风量由风机出口挡板调剂（或由风机变频器操纵调剂）。图1实验风洞简图1.双扭曲线进风口；2.蜂窝器；3.测试段；4.收缩段；5..测速段；6.扩大段；7.橡皮接管；8.风机在实验段中装有一根实验管，铜管管壁嵌有4对热电偶以测壁温，管内装有电加热器以作为热源。实验管电路及测量系统示于图2。图2实验风洞简图1.实验管；2.电加热器；3.测温热电偶；4.转换开关；5.电位差计（或温度显示仪表）;6.冰水溶液保温瓶；7.电流表；8.电压表；9.变压器四、 实验步骤先将皮托管与微压计，热电偶与电位差计（或温度显示仪表）连接好并校正零点。连接电加热器、电流表、电压表（或功率表）及调压变压器线路。经检查确认无误后，预备启动风机。在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，然后依如实验要求开启风机出口挡板，调剂风量（或变频器输出由低向高调剂）。在调压变压器指针位于零位的条件下，合电闸加热实验管。依照需要调剂变压器，使其在某必然热负荷下工作，至壁温达到稳固（壁面热电势在3分钟和维持读数不变，即能够为达到稳固状态）后，开始记录热电偶电势（温度）、电流、电压（或功率）、空气进出口温度和倾斜式微压计读数。在测量风压时，假设微压计液柱上下摆动，说明风压不稳固，这时可取平均值。本实验在必然热负荷下通过调整风速来改变Nu数和Re数的数值。为此维持电流、电压为定值，依次调剂风机出口挡板（或变频器调剂旋钮），在各个不同的开度下测得其动压头、空气进出口温度、电流表、电压表（或功率表）、电位差计（或温度显示仪表）的读数，即为在不同风速下，同一热负荷时的实验数据。不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压器改变电加热功率，重复上述实验步骤即可实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再停风机。五、 实验数据的测量实验进出口温度站和上的测量：别离采纳玻璃管温度计在风洞入口和实验段出口处进行。流速u的测量：采纳皮托管在测速段截面中心点进行。由于测速截面流速散布均匀，因此没必要进行截面速度不均匀度的修正。测量速段流速u’的计算：u'=：2gHP液—P气X0.001[m/s] （5-4）P气5-4式中：p液：微压计中液体的密度，kg/m3；p气：空气的密度，kg/m3；H：动压头，用下式计算：H=X（sinp+具） （5-5）F2式中：X：微压计读数，mm；P：微压计指示尺的倾角；F],F2:管子和宽广容器的截面积;

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"k：微压计的常数因子，表示为：k=p(sinp+W)x0.001 (5-6)液 F2如此u’可用下式计算：u'=：2gXk (5-7)*p气X，°，k示于图3。由式5-4计算出的流速是测速段的流速u’，而式5-3采纳的流速是实验段最窄截面处的流速u。由持续性方程：(5-8)(5-9)u'f'=u(f-Lnd)m/s(5-8)(5-9)可得实验段最窄截面流速u为：u'f'

u= f-Lnd式中：f’：测速段流道截面积，m2；f：实验段最窄流通截面积，m2；L：实验管有效管长，m；d：实验管外径，m。图3图3倾斜式微压计读值示用意壁面温度tw的测量通过切换开关，依次在电位差计(或温度显示仪表)上读出壁面上4个热电偶的毫伏值(或温度值)，再在“经常使用热电偶热电势值对照表”中查得所对应的温度后，求得4点平均温度tw，即为壁面温度。六、实验数据整理1.放热系数h放热系数由式5-1计算。由于电加热器所产生的热量Q，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部份热量由管壁辐射出去，因此对流放热量Qc为：Qc=Q-Qr=UI-Qr [W] (5-10)式中：Q：电热量，w,用下式计算：Q=UI[W] (5-11)U:电加热器两头电压，V；I：通过电加热器的电流，A；如为功率表直接读功率表QR：辐射散热量，w，用下式计算：Q=8CA[(L)4—(二)4 [W] (5-12)R0 100 1008实验管表面黑度。C0：黑体辐射系数，C0=[W/]A：实验管表面积，m2；Tw：实验管壁面平均温度，K；Tf：空气进出口平均温度，K。2. 准那么方程式的成立至此，依照所求得的实验数据，即可求得Re数及其相对应的Nu数。对式5-3取对数，可得：图4空气横掠单管Nuf与Ref的关系在n值已知的基础上，可依照直线上任一点的Nuf和Ref数值求得C值，即:

(5-14)Nu(5-14) fRenf至此，准那么方程式中各物理量已知，因此准那么方程式成立。七、实验设备标准与实验数据表、实验设备标准序号名称单位320试验台450试验台500试验台1实验段风洞截面尺寸mm2320x70450x150500x1242测谏段风洞截面尺寸mm260x70150x80124x1243实验管外径mm35x635x635x64实验管有效长度mm3204505005电加热额定功率W3004004506实验管壁面黑度8二、实验数据原始记录表风洞截面尺寸：1、测速段截面尺寸，m2；2.实验段截面尺寸，m2；3.实验段有效流通面积实验管尺寸：1.外径d，m；2.有效长度L，m。实验次序电加热器气流温度微压计实验管璧面温度备注电流电压入口空气温度出口空气温度平均值微压计读数倾角比值k1234璧温平均值毫伏读数温度毫伏读数温度毫伏读数温度毫伏读数温度AV°CCCmmmVCmVCmVCmVCC123456

3、实验数据整理表实验次数电加热器功率Q空气平均温度tf璧面平均温度t辐射热量Qr对流热量Qc对流放热系数h微压计压差H