管外放热系数测定-修订.docVIP

强迫流动单管管外放热系数测定 实验目的 1．了解对流放热的实验研究方法: 2．测定空气横向流过单管表面时的平均放热系数h，并将实验数据整理成准则方程式； 3．学习测量风速、温度、热量的基本技能。 实验原理 根据牛顿冷却公式，壁面平均对流放热系数为 式中，Qc——对流换热量，W Tω——管壁的平均温度: （通道3，4,5,6的平均温度） Tf——流体的平均温度; （通道1,2的平均温度） A——管表面积: （外径25mm，长300mm） 根据相似理论，流体强迫对流外掠物体时的放热系数h与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列准则方程式描述: 实验研究表明， 流体掠过横向单管表面时， 一般可将上式整理成下列具体的指数形式。 式中: C 、n 、m 均为常数，由实验确定。鉴于实验中流体为空气， Prm= 0.7 ，故准则式可化成: 其中 上述各准则中， d——实验管外径=25mm，作定性尺寸[米] u——流体流过实验管外最窄面处流速[m/s] λ——流体导热系数(W/m * ℃] v——流体运动粘度[m2/s] 准则角码“m 表示用流体边界层平均温度作定性温度。 本实验的任务在于确定c 与n 的数值。测定Nu与Re中的各物理量，计算出h，然后得到Re和Nu，通过数据处理，得到C与n，建立准则数关联式。 首先使空气流速一定，然后测定有关的数据:加热功率W、管壁温度、空气温度，微压计压差Δh。 至于h、u 在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组Re、Nu 值，改变空气流速（流量），又得到一组数据，再得一组Re、Nu 值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 实验设备 本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、移动式不锈钢支架、实验管及其加热器、电测温度计、倾斜式微压计、孔板、功率表以及调压器组成。 由于实验段前有整流段，可使进入实验段前的气流稳定。风量由电子调速调节。实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源， 管璧嵌有四支热电偶以测壁温。 实验步骤 1．将孔板与微压计连接好、校正零点。连接热电偶与电控箱，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。 2．启动风机，让风机空载启动，然后根据需要，调节风量。 3．开启加热器，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（壁温在三分钟内保持读数不变，即可认为己达到稳定状态)后，开始记录功率、空气进出口温度及微压计的读数。 4．在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re 数的大小，并保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机风量测得其压差， 空气进、出口温度以及实验管壁温读数，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，仅需利用调变压器改变电加热器功率、重复上述实验步骤即可。 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。 实验数据的测量 流体平均温度tf的测量:实验管前后流体温度的平均值，为测温仪表通道1和2的平均值。 流速的测量 采用毕托管在测速段截面中心点进行测量，由于实验风洞测速段分布均匀，因此不必进行截面速度不均匀的修正。 测速段流速u’ m/s 式中，ρ气为空气的密度,X为微压计的读数（mm），k为微压计系数（本实验台为0.2）。 实验段最窄截面处最大流速u 由连续性方程，可得实验段圆管外最窄截面处最大流速u为： 其中，f’为测速段流道截面积 f为实验段最窄截面积 L为实验管有效管长，300mm d为实验管外径，25mm n为实验管数 （3）风管相关尺寸数据 风管圆形截面段L1=300mm D=140mm 孔板直径100mm 风管矩形截面段L2=580mm W=300mm h=15Omm 壁面温度tw的测量 测温表通道3-6的平均值。 实验数据整理计算 壁面平均放热系数h 电加热器所产生的总热量Q ，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方式传出去的，因此，对流放热量Qc 为Qc =Q —Qr （W） Qr——辐射换热量: ε——实验管表面黑度:（本实验中可取0.6） σ——黑体辐射系数: 5.67（W/m2K4） Tω——管壁的平均绝对温度,K Tf——流体的平均温度,K A——管表面积: （外径25mm，长300mm） 根据牛顿冷却公式，壁面平均对流放热系数为 确定准则方程式 将数据带入，得到准则数，即可在Num 为纵坐标，以Rem 为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连起来，因lgNum=lgC+nlgRem，lgC 为直线的截距，n为直线的斜率，取直线上的两点 即可得出具体的准则方程式Nu=CRen 实验报告要求 1．实验原理 2．实验原始数据，