空气横掠管束时换热实验研究.doc

空气横掠管束时换热的实验研究 能动建环08-01班 　吕林　200826060118 摘要 流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管距、管排数和排列方式也影响对流传热系数。由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交叉地减少，流体在管间交替地加速和减速。管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。在保持风速不变，功率改变时，随Ｐrw增加换热系数减少，管束排列方式对h的影响比较明显。 关键词：横掠光管 叉排 顺排 换热系数　Ｎu数　Ｒe数 一、实验原理 在空气横掠管束时，从第二排起，后排管子都处于前排管子的尾流中。在尾流涡旋的作用下，后排管子的对流传热系数h比前排高，也就是说，第二排管子受第一排尾部涡流的影响，h2＞h1；第三排管子受第二排尾部涡流影响，而且由于这种涡流经第一排和第二排管束的共同作用，扰动更强烈，所以h3＞h2。同样h4＞h3…，但经过几排管子以后扰动基本稳定，hz几乎不再变化。 管束排列方式对h的影响比较明显。叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲流道中流动，顺牌时则流道相对平直。无论是叉排还是顺排，第一排的管子具有流体流过单管时的流动特性和欢乐特征。但从第二排开始，顺排每排管子正对来流的一面处于前排管子的漩涡区，所受的冲击变弱，流动方向较为稳定。而叉排时，由于流动方向的不断改变，虽然流动阻力大，但混合较顺排为佳。一般来说，叉排的平均换热系数要比顺排的时候大。而当Re很大时，由于强烈的漩涡区的扰动，顺排管束的平均换热系数有可能超过叉排，而且在管间距较大时更为明显。 二、实验装置及测量系统 1、电源开关 2、仪表开关 3、交流供电开关 4、交流调压旋钮 5、直流大功率电源 6、差压表 7、交流功率表 8、电流表 9、电压表 10、十六路温度巡检仪 11、四路温度巡检仪 12、毕托管 13、风道 14、热电偶（测来流温）15、热电偶（测管壁温）16、管束试件（顺、叉排）17、交流0~220V（连续可调）供电电极18、变频器，实验台采用的排列方式和尺寸如图。 三、实验步骤 1、连接并检查所有线路和设备，在仪表正常工作后，关闭直流供电电源！将交流供电源开关打开，调节旋纽先转至零位。 2、然后点击变频器的RUN/STOP键，调节变频器使表头显示为10.2Hz左右。将交流电调节旋纽转至适当位置，注意观察控制箱面板上的功率表，并逐步提高输出功率，对管束缓慢加热。为避免损坏配件，又能达到足够的测温准确度，加热功率大小的调整以使壁面温度控制在80℃以下为原则。待设备参数稳定后，可读取第一组试验数据。 3、保持风机频率不变，巡检仪上各温度显示基本稳定后，再将加热功率定值递增，每改变一次待稳定后可测到一组数据。试验时对每一种排列的管子，空气流速可调整4个工况以上，都须保持风机频率不变。温度的高低应根据管子排列不同及加热功率适当调整，保持管壁与空气来流有适当的温差即可。 4、同时观察毕托管测速风压显示。调压、调频应配合调整直到系统稳定并便于读取温度、风压、直流电流、直流电压值。 四、 实验数据的计算与整理 流体横掠管束时的平均对流传热系数可按下式计算： （1） 式中： 下脚标f —表示定性温度为按来流温度计算。空气来流温度tf用水银温度计测量。 ——普朗特数，上式适用于0.7＜500. ——横向节距，m ；——纵向节距，m ——以流体平均温度下管间最大流速计算雷诺数， 。其中为流体平均温度下管间最大流速，m/s， ——为管子外径，m。 c, m, n, k, p ——系数和指数 ——管排修正系数； ——流体斜向冲刷管束时的修正系数 ——的计算比较麻烦。如已知未进入管束时的流体速度，则在流体入口温度下的最大流速为： 顺排时： （2） 差排时为 和中的最大者，其中 管直径D=10mm，管长为120 mm。 1.空气来流速度u m/s (3) 其中： – 比托管测得空气的动压， Pa， –空气密度 1.205Kg/m3 2.雷诺数Re 顺排： （4-1） 叉排： （4-2） 3.管壁温度tw 由铜-康铜热电偶测得的热电势E（t1，tf），可按附录A确定内壁温度t1。 试验中，由装在管内壁的热电偶测量管壁温度，直接由巡检仪读出。由于试验管为有内热源的圆筒形壁，且内壁绝热，因此，内壁温度 t1大于外壁温度tw（根据管内温度可以计算外壁温度tw。由于所用管壁很薄，仅0.2-0.3mm，且空气对外管的换热系数较小，可近似认为t