空气横掠单管时平均换热系数的测定说明.doc

空气横掠单管时平均换热系数的测定 实验目的 测定空气横掠单管时的平均换热系数，并将数据整理成准则方程式。 了解对流换热实验的方法，学会用相似理论处理实验数据的能力。 学习风速、温度、加热功率测量的基本技能。 二．实验原理 根据对流换热的分析，受迫流动的换热规律可用下列准则关系式表示 Nu=f(Re, Pr) (1) 对于空气，普朗特数可视为常数。故（1）式又简化为 Nu=f(Re) (2) 努谢尔特数 Nu= (3) 雷诺数 Re= (4) 其中： h— 空气横掠单管时的平均换热系数，（w/m2·K） u — 来流空气的速度， （m/s） — 空气的导热系数， （w/m·K） — 空气的运动粘度， （m2/s） 要通过实验确定空气横掠单管时Nu与Re的关系，就需要测定不同流速以及不同管子直径d时的换热系数h 。因此，本实验中要测量的基本量为管子所处的空气流速、空气温度、管壁温度及管子的加热量。 实验设备 实验系统见图1。实验本体有风箱1、风机2、有机玻璃风道3组成。试验管为薄壁不锈钢圆管4，安装在有机玻璃风道实验段中间。采用低电压大电流的直流电对试验管直接加热。低压大电流直流电由硅整流电源5供给。调整硅整流电源可改变加热功率。 为使雷诺数Re有较大的变化范围，实验时采用同时改变空气流速和管子直径的方法。空气流速u通过调节风机入口处的调风门6来改变。管子直径采用更换不同直径的试验管改变。 四．测试方法及实验步骤 在试验管处风道中装有毕脱管7，通过倾斜式微压计8测出实验段中空气来流的动压△H，然后计算空气流速u。 为了准确测定试验管上的加热功率并排除管子两端的影响，在距离管端一定距离处焊有二电压测点a 、b，经过分压箱9和转换开关10，用电位差计11准确测定该二电压测点处的电压降U。 试验管的加热回路中串联了一标准电阻12，电流流过标准电阻时的电压降△U经转换开关10和电位差计11测量，然后确定流过试验管的工作电流I。 空气温度tf用水银温度计测量。 为了确定实验管壁的温度tw，在试验管内壁埋设热电偶13(热端)，由于管壁很薄，仅0.2∽0.3mm，故可足够准确地认为外壁温度tw等于内壁温度tw′。为使测量系统简化，等冷端热电偶14置于空气流中。既热端所处温度为管内壁温度tw，冷端所处为空气温度tf，由电位差计测出温差热电势E（tw ′,tf）。试验管为一有内热源的圆筒形壁。 实验时对每一种直径的管子，空气流速可调整4∽5个工况，加热电流可根据管子直径及风速大小适当调整，保持管壁与空气间有一定的温差。每调整一个工况，须待工况稳定后才能测量有关数据。 五．实验计算公式 1．空气流速u u= (m/s) 式中： — 重力加速度 （m/s2）△H — 微压计压差， （m） 介 —— 酒精的密度(介=0.89 kg/m3) （kg/m3）空 — 空气的密度， （kg/m3） （W/m2·℃） 式中 A— 为试验管面积， ( m2) 4． 准则方程式 （1）根据每一次试验工况所测得的值可计算出相应的Nu值及Re值。在双对数坐标纸上，如以Nu为纵轴，Re为横轴，将各工况点在图上表示，它们的规律可近似地用一直线表示： LgNu=ɑ + m Lg Re 则Nu数和Re数之间的关系可近似表示为一指数方程的形式： Nu=CRem 其中ɑ=LgC ，如用x=LgRe,y=LgNu代替，则可表示为： y=ɑ+mx （2）根据最小二乘法原理，系数ɑ 及m 可按下式计算： ɑ= m= 式中： n—实验点的数目 xy≈(LgRe)(LgNu)；x2=(LgRe)2 ；y =LgNu 计算Nu 数及Re数时所用物性参数、，以边界层的平均温度tm= 作为定性温度，查有关表格。 六．实验报告 1．按实验工况，做好并提交实验原始数