安工大冶金传输原理实验指导

第一章工程流体力学试验

1-1雷诺数测定

一、测试目的利用水在一定直径管道内流动速度的不同，观察层流、紊流及临界Ｒe数的转变过程。并进行定量的测试Ｒe数的数值。二、测试原理利用水在定直径管道内流量的不同，按下式可定量的测定雷诺数的数值。式中：d——管径，米w—水的流速，米/秒υ—水的运动粘度系数，米2/秒随温度变化。三、测试装置(如图1-1所示)水箱保持一定的水位，水箱上部的墨水瓶出口接流线管，并置于玻璃管的中心线（即同心）打开开关，墨水可流入玻璃管中。流线管末端出口截面相对于玻璃管，应越小越好。四、实验步骤待水箱水装至一定高度，除尽玻璃管内的空气泡，关好出口开关，数分钟后可进行实验，先稍开出水口开关，使玻璃管中的水以很慢的速度流动，打开墨水瓶开关使墨水流入玻璃管内。墨水在水中呈一直线流动，不发生扰动即为层流。逐渐增大流速直到流动情况恰好出现扰动时，即为过渡区。Re=2100～2300。继续开大开关直到流线消失，即为紊流区，即Re＞2300五、数据处理同样实验可做三次，取平均值，用公式可计算出雷诺数。

1-2局部阻力、沿程摩擦阻力系数测定

一、测试目的通过实验，掌握流体流动时摩擦阻力损失与局部阻力损失的测定方法，比较在不同速度下能量损失的大小；计算出摩擦阻力损失系数λ与局部阻力系数K的值。二、测试原理(1)气体通过管内流动时，由于管壁的摩擦作用以及由此而造成的气体内部的摩擦作用，则形成了管道对气体流动的摩擦阻力。气体在流动过程中，克服摩擦阻力做功而消耗的机械能就是摩擦阻力损失。它以热能形式不可逆的损失掉了。它在位压、动压不变的情况下按柏努力方程式可知h摩=P1-P2测出一段管路的静压差就是该段的h摩。又知h摩计算公式是：（1）表中：L—-计算损失管道的长度。D—计算损失的管道直径。W0—气体在管道中流动平均速度标米/秒。γ0—空气在表态下的重度公斤/标米3，空气γ0＝1.293公斤/标米3t—实际温度℃β—气体体积膨胀系数β=1/273λ—摩擦阻力系数p0—标准气压760mm汞柱p—实际气压,mm汞柱由式(1)可见在流量一定时L越长，W越大，D越细时，h摩阻损越大，反之就越小。(2)气体在流动时,除受摩擦阻力外，还受局部阻力。克服局部阻力所消耗能量损失就是局部阻力损失。局部阻力损失产生的原因是因为气流的通道发生局部的变形、如拐弯、扩张、收缩、设有障碍物等，这时在管道的局部发生气体与管壁的冲击，或由于气体方向，速度的改变，而发生气体质点与质点之间的冲击；这些冲击都会造成能量的损失，这一损失就是局部阻力损失，也是不可逆损失，计算如下式中：K—局部阻力损失系数，K值大多由实验来测定。故为了测定气体在管中的平均流速，在气体通过各种待测的阻力设置之后，流入大气之前用一流量孔板测定气体的流量。标米3/秒式中α0—孔板流量系数α0=0.9705d0—孔板直径d0=32.97mmF—管道截面积（待测管）W—管中流速V—体积流量三、测试装置(见图1—2)这套装置共有五个支路，在支路Ⅰ上设有两个900直角拐弯，两个900园拐弯,两个1800拐弯。支路Ⅱ，Ⅲ是不同管径的直管段。支路Ⅳ上有忽然收缩和扩张各一处，Ⅴ是耐火砖管路。四、测试步骤：1.

局部阻力损失的测定：第一组共有，900直角拐弯，900园拐弯，1800拐弯。测二点，即全开，半开⑴打开阀门Ａ关闭其余阀门，启动风机，记录１、２、３、４、５、６点及孔板Δp的压力值。⑵将阀门Ａ关一半（５０％）重复以上步骤，记录各点压差值。第二组：沿程损失系数λ测定：⑴首先打开阀门Ｂ关闭阀门Ａ，读数稳定后记录，７、８两点及Δp之值。⑵将阀门Ｂ关一半（５０％）重复以上步骤。第二组第四组第五组步骤同上。五、测试数据整理、附表注意，在计算局阻时应扣除h摩，即（１点和２点之间）之间气体摩擦阻力损失，计算时λ应取实测值。

表1—1900直角拐弯阻力系数测定结果L=1.2米D=0.025F=0.000491项目

次数h1h2ΔhV0w0Δp孔Ah摩KKI1

2

3

4

5

——动头

表1-2900园角拐弯阻力系数测定结果L=1.2米D=0.025F=0.000491项目

次数h1h2ΔhV0w0Δp孔Ah摩KKI1

2

3

4

表1—31800阻损系数L=1.80米D=0.025F=0.0004912项目

次数h1h2ΔhV0w0Δp孔Ah摩KKI1

2

3

4

表1—4沿程摩擦阻力系数测定L=5.5米D=0.025米次数ΔhV0W0Δp孔·1

2

3

4

5

表1—5沿程摩擦阻力系数测定Δh沿程阻损D=0.05F=0.00196米2L=5.50米次数

ΔhV0W0Δp孔·1

2

3

4

5

表1—6耐火砖管道沿程摩擦阻力系数测定Δh沿程阻损D=0.05F=0.00196米2L=5.50米次数

ΔhV0W0Δp孔·1

2

3

4

5

六、实验结果分析分析比较实测的K、λ与教材上的给定值不完全一致的原因。

1-3非压缩流体伯努力方程试验

一、实验目的1.

加深理解流场中，伯努力方程中各项的意义和相互转换的规律。2.

观察粘性流体流动时，沿程及局部能量损失情况。二、实验原理在实验管路中沿水流方向取几个进水断面，可以列出进口断面至另一断面的能量方程式。选好基准面，从设置的各断面的测压管中读出z+p/r值，测出通过管路的流量，即可计算出断面平均流速w及w2r/2g，从而即可得到各断面测管水头和总水头。三、实验装置设备由供水水泵，水箱，实验管道，测压管，流量调节阀等组成。如图1—3所示：四、实验步骤1）打开水泵供水，使水箱充水。待水箱溢流，检查调节阀门关闭后所有测压管水面是否水平。如不平需查明故障原因，并加以排除，直至调平。２）节阀门的开度，待流量稳定后，侧记各测压管液面的读数，同时记录实验流量。３）改变流量二次，重复上述测量。最后一次阀门开到使最后一组测管液面接近标尺零点。五、讨论1）流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？２）观察总水头与测压断面总水头之差与管径的关系，从而推断此能头有什么意义。1-4孔口与管嘴流量系数测定

一、测试目的：通过实验，掌握管嘴流量系数的测定方法，并比较在相同尺寸和条件下不同形状管嘴流量的变化。二、测试原理：非压缩性气体自各种管嘴流出时其流量计算公式：皆为：故流量系数三、测试装置（见图1—4，1—5）应用孔板流量计可以测出流量V；风箱内外压差（P1－P0）由压力计测出：F出是已知各种管嘴的出口面积为已知，所测各数据带入上述公式即可求出流量系数μ。四、测试步骤（一）

开动风机，观察孔板前后和气箱内的压力差；（二）

安装管嘴1.

调整阀门使气箱内外压力差为60mm水柱,待压力计的读数稳定后观察并记录孔板前后的压力差△Ｐ。2.

调整阀门，使气箱内外压力差为80，１00mm水柱，重复过程1，并记录。三、

测试数据整理：见表：表1-5各种流量系数测定管嘴种类气箱内外压力差△p1孔板前后压差△p2mmH2OmmH2O孔隙

尖锐园柱管嘴

流线园柱管嘴

扩张园柱管嘴

注意：F=F出d=25mmα0=0.9463F0=0.00204m2

六、分析1.管嘴不同时对流量和流量系数有何影响，产生这些影响的原因是什么?2.管嘴流量系数是常数还是变数，何时为常数，何时为变数?为什么?

第二章传热学试验

2-1高温导热系数测定

一、测试目的各种材料的导热系数是重要的热物理参数之一，是材料绝热与保温性能优劣的主要指标，各不同材料的导热系数，必须通过系统的测定才能获得。所以测定这些材料的导热系数，特别是高温条件下的导热系数，对于研究材料热性质的理论，及深入了解热传导过程的机理，是十分必要的。通过实验掌握导热系数的测定方法及仪器的使用。并定量的计算出测试条件下导热系数λ值。二、基本原理导热系数测定装置是根据付立叶单向平壁稳定导热过程的基本原理，来测定不同材料的导热系数。实验证明，当长度与宽度为厚度的8～10倍以上时，平壁边缘的影响可以忽略不计。这样的平壁导热可认为只沿厚度（X轴）方向进行（如图2一1所示）。根据傅立叶导热方程式可写成：[千焦／米２。时，或瓦／米２]将(1)式积分得：[千焦／米２。时或瓦／米２]若平壁的面积为F，则通过此平壁的热流量Q为：[千焦／时，或瓦]所以：[千焦／米.时.℃或瓦／米。℃]式中：λ—高温导热系数[千焦／米。时。℃，或瓦／米。℃]q—热流密度[千焦／米2。时。℃或瓦／米2]F—试件测试区面积[米2]δ—试件厚度[米]t1—试件高温面温度[℃]t2—试件低温面温度[℃]因此，只要在实验过程中测定了t1，t2和Q，并已知试件的厚度δ和测量面积A，就可以通过(4)式计算出被测材料在平均温度[(T1+T2)/2]下的导热系数。三、测试装置：测定装置主要有单方向加热炉，控温系统和蒸汽量热装置等三部分组成。单方向加热炉的结构们示意图见图2--2。加热炉由经过处理的硅炭棒作发热体;炉衬用耐火，耐热的保温材料砌成，在炉腔底部放置碳化硅板作为均热板。均热板中心处，从下面伸出一热电偶，用来测量试件高温面的温度，均热板上面放置被测试件，试件上面中心处放置另一热电偶，用来测量试件低温面的温度。试件四周设有耐火耐热保温材料的衬环。加热炉由数字温度控制器和可控硅等组成的控温系统来进行加热和控温。量热装置主要由量热桶，恒温桶，保温桶设有隔热环及汽体浮化膜的底盘和汽水分离器等组成（其结构见附图2--2）。热量装置中心的量热筒是整个装置的核心，它吸取来自单方向加热炉通过试件的热量，使其内部的蒸馏水变成一个大气压下100℃的水蒸气。水蒸气经过多级汽水分离器分离后，进入冷凝器冷凝成水。根据冷凝水的重量，便可求得通过试件的Q。汽水分离器的作用是把由于水的激烈沸腾而混入蒸汽的微小水滴与纯蒸汽分离开来，使测量数据更加准确。仪器的电源开关及控温系统面板装置见附图2--3。四、使用方法：1．

将试样制成Φ105～200mm，厚度δ为8～25mm原板，上下表面应平行切且磨平，测厚度2---4次取其平均值，并称重计算出体积密度。2．

再量热装置的量热筒和恒温筒注入蒸馏水，水位高度应在水位置显示器的刻线以上，在保温筒内装满蒸馏水。3．

将试件置于加热炉的炉膛中间的位置，在试样上表面中心处放置低温面的测温热电偶，并用一块玻璃丝布将热电偶盖住（用以于量热装置的底盘绝缘），然后，把准备好的量热装置放上。4．

装好冷凝器和冷却水管。5．

接好电源线，打开总电源开关。6．

将控温开关拨向“自动”，调节炉温电压，使加热炉工作，并在数字温度调节上设定高温面温度。待调节仪上显示的高温面温度接近设定温度时，将控制开关拨向“手动”，再适当调节炉温电压，使高温面温度稳定在设定温度上。在加热炉加热过程中，可根据情况，打开或关闭辅助加热器开关使保温筒内的水保持沸腾。7.待高温面温度(在调节仪显示)和底温面温度(在数字温度仪上显示)稳定15-20分钟后，即可开始测量：1)测定高、低温面的温差(t１-t２)＝Δt2)按开秒表，同时用量杯接取量热桶出口的冷凝水。（事先应称好量杯的自重G）3)适当时间后，按停秒表，同时取下冷凝水量杯。4)记下秒表的接水时间τ。5)用精密天平测定冷凝水重量Ｇ。上述数据可多次测量（4——5次），取其平均值。8.根据需要，可以在不同高温下进行上述测量，以测量不同平均温度[(T1+T2)/2]下的材料高温导热系数。五、测试数据处理：根据付立叶导热方程[千焦／米。时℃或瓦/米。℃]并结合量热装置结构情况：通过试件计量面积的热流量：量热桶底面面积：温差：Δt＝t1-t2由上式可导出：千焦/米.时℃或瓦/米。℃G--------冷凝水重量[kg]γ-------水的蒸发潜热2260.98[千焦/公斤]δ--------试件厚度[m]τ--------测定冷凝水的时间[小时]Δt-------高、低温面温度差[℃]六、测试数据记录：表5—1项目次数温度冷凝水重量克冷凝水时间时τt1t21

2

3

4

平均值

七、测试报告内容1．测试目的。2．测试装置简图。3．测试数据记录及计算结果。4．测试结果的分析。

2-2绝热材料稳态平板法导热系数测定

一、

测试目的1

巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。2

测定实验材料的导热系数。3

确定实验材料导热系数与温度的关系。二、

测试原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是各不相同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，如果要分别考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种实验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差Δt成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳定导热量为：[W]测试时，如果将平板两面的温差Δt＝TR-TL、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积F和通过平板的Q测定以后，就可以根据下式得出导热系数：[W/（m。℃）]需要指出，下式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：[℃]在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值。然后将λ值标在λ－坐标图内，就可以得出λ＝f()的关系曲线。三、

实验装置及测量仪表稳态平板法测定绝热材料的实验装置如图2--5和图2--6所示。被实验材料作成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300[mm2]，实际导热计算面积F为200×200[mm2]，板的厚度δ为15[mm]。平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而上下导热面积水套的冷却面是通过上循环冷却水（或通以自来水）来实现。在中间200×200[mm2]部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即200×200mm2之外的四侧）设有四个辅助加热器（1～4），利用专用的温度跟踪器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度相一致，以免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度t1（或t2）和水套冷面的中心温度t3（或t4）用四个热电偶（埋没在铜版上）来测量；辅助加热器1和辅助加热器2的热面也分别设置两个辅热电偶t5和t6上（埋没在铜板的相应位置上），其中一个辅热电偶t5（或t6）接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电偶t2(或t1)的温度讯号相比较，通过跟踪器使全部辅助加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，可以通过热电偶t1（或t2）和热电偶t3（或t4）测量出一个试件的两个表面的中心温度。也可以在测量一个辅热电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况。温度是利用电位差计和转换开关来测量的。主加热器的电功率可以用电功率表或电压表和电流表来测量。[附]实验台的主要参数1.试验材料2.试件外型尺寸：300×300mm23.导热计算面积F：200×200mm2（即主加热器面积）4.试件厚度δ（实测）5.主加热器电阻值Ω6.辅加热器（每个）电阻值：Ω7.热电偶材料：镍铬－镍硅8.试件最高加热温度：≤80℃四、测试方法和步骤1.将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。2.连接和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源;而四个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路(实验台上已连接好)，并按图2所示联结到辅加热器电源上和跟踪控制器上。电压表和电流表（或电功率表）应按要求接入电路。将主热电偶之一t1（或t2）接到跟踪控制器面板上左侧的主热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一t5（或t6）接到跟踪控制器上的相应接线柱上。把主热电偶t1（或t2）、水套冷面热电偶t3（或t4）和辅热电偶t6（或t5）都接到热电偶转换开关上，转换开关与电位差计的“未知”相接。3.检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好，校正电位差计的零位。4.接通加热器电源，并调节到合宜的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制器。在加温过程中，可通过各测试点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵（或接通自来水）向上下水套通入冷却水，试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这个过程中可以适当调节主加热器电源、辅助加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状态。待温度基本稳定后就可以每隔一段时间进行一次电功率W（或电压V和电流I）读数纪录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。5.一个工况实验后可以将设备调到另一工况，即调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试，得到另一工况的稳定测试结果。调节的电功率不宜过大，一般在5～10瓦为宜。6.根据实验要求，进行多次工况的测试。（工况以从低温到高温为宜）。7.测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过10分钟左右后再关闭水泵（或停放自来水）。五、测试结果处理实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量（即主加热器的电功率）：Q＝W(或IV)[W]W－主加热器的电功率值[W]Ｉ－主加热器的电流值[W]V－主加热器的电压值[W]由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件1和试件2）传导，所以[W]试件两面的温差：［℃］TR－试件的热面温度（即t1或t2）［℃］TL－试件的冷面温度（即t３或t４）［℃］平均温度为［℃］平均温度为时的导热系数：（或）千焦/米.时.℃或瓦/米。℃

将不同平均温度下测定的材料导热系数在λ－坐标中得出λ＝f()的关系式。六、

思考题1.为什么计算面积与试样面积不一样？2.分析测试造成误差的原因。

2-3空气沿横管表面自由运动放热系数测定

一、测试目的：1、了解空气沿管表面自由运动放热的实验方法，巩固课堂上学过的知识。2、测定单管的自由运动放热系数α。３、根据对自由运动放热的相似分析，整理出准则方程式。二、测试原理：对铜管进行电加热，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换热量之差，即：Ｑr—辐射换热量；Ｑc—对流换热量；ε—试管表面黑度；Co—黑体的辐射系数；tω—管壁平均温度；tf—室内平均温度；α—自由运动放热系数；根据相似理论，对于自由对流放热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数，即：可表示成 其中c、n是通过实验所确定的常数。为了确定上述关系似的具体形式，根据所测数据计算结果求得准则数：Pr、β、λ物性参数由定性温度从教科书中查出。改变加热量，可求的一组准则数，把几组数据标在坐标纸上得到以Nu为纵坐标、以Gr、Pr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；lgNu＝lgc+nlg这条直线的斜率即为n，截距为c。三、测试装置及测量仪表：实验装置有实验管（四种类型），测量仪表有电位差计、TDGC型接触式调压器、稳压器、电流表、电压表。实验管上有热电偶嵌入管壁，可反映出管壁的热点势;电位差计用于测量管壁的热电势;稳压器可稳定输入电压，使加热管的热量保持一定，电压\电流表测定电加热器的电压和电流。设备如图2一9、2-10所示：四、测试步骤：1.按电路图接好线路，经指导老师检查后接通电源；2.调整调压器，对实验管加热；3.稳定六小时后开始测管壁温度，记下记录；4.间隔半小时再记一次，直到两组数据接近为止；5.以两组接近得数据取平均值，作为计算数据；6.记下半导体温度计指示得空气温度或用玻璃温度计；7.

经指导教师同意，将调压器调整回零位，切断电源。

五、测试数据的整理：1.已知数据：管径，，d2＝60mm，，d3＝40mm，，d4＝20mm，管长L1＝1800mmL2＝1600mmL3＝1400mmL4＝1200mm黑度ε1＝0.11ε2＝ε3＝ε4＝0.152.测试数据：管壁热电势mv1、mv2……mvn室内空气温tf电流I、电压V3.数据整理根据所测热电势计算的mvn的平均值，将所测数据及结果填入表中。实际原始数据记录表2-4

表2-4tw℃tf℃tm℃β、λγＱr

NuPrGr×１０５Gr。Pr×103

a.查出对应的温度b.分别计算每根加热管的热量Ｑ总＝I。V[W]c.求对流放热系数⑴Ｑ辐＝⑵Ｑ对＝Ｑ总－Ｑ辐⑶对流放热系数α对＝(4)查出物性参数定性温度取空气边界平均温度tm＝，在此温度下查出相关的物性参数λ、β、γ、α、Pr。(5)把以上得数据代入准数，求得相关的准数，按准数方程的对应关系标在双对数坐标纸上，几组数据可标在一条直线，求出Nu＝。六、思考题１、

被测管表面上温度是否一样，某一点所测温度能否代表壁面平均温度？２、

如不考虑辐射换热的影响，造成的误差有多大？３、

此次实验的误差分析。

2-4空气横掠单管强制对流换热系数测定

一、

测试目的1．了解放热过程的实验研究，练习实验数据的整理和综合方法。2．测定空气横向流过单圆管表面的放热系数α，并将数据整理成准数方程式。3．学会毕托管，微压计，电位差计的使用方法。4．训练实验研究的基本技能。二、测试原理：根据牛顿公式物体表面对流放热量Ｑ对流可用下式计算。Ｑ对流＝α（tw－tf）。Ｆ［千焦／米２。时］［瓦／米２］式中：tw—圆管表面平均温度〔℃〕tf—实验段前后流体的平均温度〔℃〕Ｆ—圆管表面积〔米２〕α—放热系数〔千焦／米２。时。℃〔瓦／米２.℃〕〔千焦／米２。时。℃〕,〔Ｗ／m2。℃〕根据相似理论，在流速较大的强制流动中，自然对流给热的影响较小，这时强迫流动中放热现象的准则方程式为：Nu＝f(Re。Pr)由实验研究确定流体横向流过单圆管表面时，上述的准数方程式可整理成幂函数的形式表示，即：Nu=CRen或Nu＝CRenPrm上式中定性温度为流体的平均温度tf，定形尺寸为管径。流速采用流体流过圆管时最窄截面处的流速。式中n、m、c必须由实验确定。对于空气Pr为常数，故准则方程为：Nu=CRen本实验是在加热的情况下进行的，圆管内加热器所产生的热量Ｑ，除了以对流方式由圆管表面传给流体外，其中还有一部分热量Ｑ辐射是以辐射方式传出的。因此：Ｑ对流＝Ｑ－Ｑ辐射圆管表面的辐射放热量Ｑ幅可由下式计算式中：ε－圆管表面的黑度ε＝0.65Co－绝对黑体的辐射系数Co＝20.3984［千焦／米２。时。Ｋ］Co＝5.675[瓦／米２K]Tw，Tf－分别为圆管表面和流体的平均绝对温度K由以上分析可知实验中必须测量以下几个物理量，圆管放热量Q，管壁温度tw，流体温度tf，管直径d，管长L和空气流速W。在不同的情况下测量以上的数值。将每一工况下Ref值与Nuf值表示在双对数坐标图上，如图2一11：y表示lgNuf，x表示lgRef，每一对Ref与Nuf值可以在图上确定一点，将这些点连成一条直线，则方程可以表示为：Y＝A+nx即：lgNuf＝lgC’+nlgRef式中：lgC’＝An＝tgα为斜率，是与横坐标之间夹角的正切。因此，实验曲线可用下面方程式来表示。故C’之值可以通过曲线上任一点处Nuf与Ref的数值计算出来。三、测试设备图2--12表示空气流过单圆管表面的放热实验装置，实验装置主要由风洞和加热器组成，风洞是用有机玻璃制成。实验风洞主要由风洞体，风机、构架实验管及加热器，水银温度计，倾斜式微压计，毕托管，电位差计，电流表，电压表以及调压变压器组成。由于实验段前有二段整流，可使实验段前的气流稳定。毕托管置于测速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，提高测量准确度。风量由风机出口挡板调节。图2--13为加热器简图，加热器用铜管做成管内有电加热器，用交流电加热，电热器所消耗的功率即圆管表面放出的热量。圆管表面温度tw用焊在筒管外壁上的四对热电偶测量。电路及测量系统如图2--14所示。

四、测试步骤在熟悉实验装置后经指导教师同意，方可做实验，实验步骤如下：1．将毕托管与微压计连接好并校正零点。连接热电偶与电位差计，再将加热器，电流表，电压表以及调压器线路连接好，准备启动风机。2．在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板调节风量。3．在调节变压器指针位于零时，合电闸加热实验管，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势，在三分钟内保持不变即可认为已达到稳定状态）后开始记录热电势，电流，电压，空气进出口温度以及电位差计的读数，电压不得超过180V。4．在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压头，空气进出口温度以及电位差计的读数，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。5．不同热负荷条件下的实验，仅需改变加热功率重复上述步骤即可6．实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再停止风机。实验中应注意以下几点：必须在风机启动后方可合上加热器电源，实验完毕后应先断开加热器电源冷却后再停风机。实验完毕后经知道教师同意方可离去。五、测试结果的整理：管壁面平均放热系数α可用下式计算：[千焦/米2小时℃或瓦/米2.℃]式中：w—电加热器所消耗的功率（瓦）F—圆管的表面米2Ｑ辐射—辐射换热量按式（5）计算tw—管壁平均温度℃（用每一对热电偶所对应平均值）tf—流体的平均温度℃（玻璃温度计测得）2.空气流速的计算：采用毕托管在测速段中心点进行测量，由于实验风洞测速段速度分布均匀，因此不必进行截面不均匀的修正。该测速段的流速的动压头是用微压计测出的。然后用下式进行计算。Ｗ测＝米／秒式中：△P—动压头mmH2Og—重力加速度米／秒２r—空气重度kg/m3由上式计算所得流速是测速段的流速，而准则式中的流速w是指流体流过实验管最窄截面外的流速，由连续性方程：Ｗ测。F测＝Ｗ试（F试－Ｌ。d。n）式中：F测—测速处流道截面积，米2，F测＝150×80mm2F试—放测试管处流道截面积，m2F试＝450×150mm2l—实验管有效长度l=450mmd—实验管外径d=35mmn—实验管数n=1Ｗ试—实验管截面处流速(m/s)Ｗ测—测速处流体速度(m/s)。则雷诺准数为：整理数据时注意tf应为加热前后流体温度的平均值六、

测试记录

表2—5No微压计读数管壁温度流体温度电流Ｉ安培电压Ｖ伏功率Ｗmv1t1mv2t2mv3t3mv4t4mv1tf4mv2tf2

测试数据整理表2-6NO管壁平均温度tw流速ＷＲef×１０－３放热系数aNuf

七、测试报告内容：１．实验目的。２．实验装置简图。３．实验记录及其整理作图并求出准则方程式。４．实验结果的分析讨论。

2-5辐射率测定

一、测试目的通过测试验掌握法向辐射系数的测定方法、并进一步的理解全辐射率与法向辐射率之间的关系。二、测试原理：任何物体的辐射能量和同一温度下绝对黑体的能量之比称为该物体的辐射率，任一物体的表面S，其热辐射是遵守光线辐射的所有定律的，即热辐射只沿直线进行，当投射到某物体表面后，如同光线一样可能发生如下三种情况：即一部分被吸收；一部分被反射出来；另一部分则透过该物体后继续向前传播。在辐射面ds、辐射出的法线N方向的表面辐射率为法向辐射率。根据法向辐射率这样一个定义，我们可以建立一个物理模型，用一个热辐射敏感元件，分别测定温度相同的待测样品和黑体的热辐射能量，并且限制待测样品和黑体的表面辐射来的能量只有法线方向的能量被感受元件所吸收。为此目的，感受件置于一个直径较小的较长的黑腔内，称为感受件腔，实际它起到一个限制非法线方向射来的辐射能的光栏作用，感受件是用无选择性的平面热电堆，该平面热电堆是由八对热电偶串联而成，可以增大输出讯号。在给定的限制条件下感受元件分别接收同一温度下的待测样品和黑体腔射出的能量，其能量分别为：待测样品辐射能量为ES=σεnT40黑体腔辐射出的能量为:Eb=σεnbT40由于感受件平面热电堆输出的讯号与辐射的能量呈现性关系:待测样品输出的