空气横掠管束时换热的实验教材.doc

空气横掠管束时局部换热系数测定的实验研究 黄俊 热动1101班 201123060120 摘要 流体横掠管束管束时的对流换热其换热系数除受到管径影响外，还受到管距、管排数和排列方式的影响。由于相邻圆管的影响，流体在管间的流动截面交叉减少，流体在管间交替加减速，管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加减速的程度，管束排列方式对换热系数h的影响比较明显。 关键词 横掠管束 换热系数 叉排 顺排 茹卡乌斯卡斯关联式 一、实验原理 在空气横掠管束时，从第二排起，后排圆管都处于前排圆管的尾流中。在尾流涡旋的作用下，后排圆管的对流换热系数h比前排高，第二排圆管受第一排尾部涡流的影响，h2＞h1；第三排圆管受第二排尾部涡流影响，且这种经第一排和第二排圆管的共同作用，扰动更强烈，所以h3＞h2。同理h4＞h3…，经过几排圆管以后扰动基本稳定，hx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，顺排时则流道相对平直。叉排和顺排，第一排圆管具有流体流过单管时的流动特性和换热特征。从第二排开始，顺排每排圆管面对来流的一面处于前排圆管的漩涡区，所受的冲击变弱，流动方向较为稳定；叉排时，由于流动方向的不断改变，虽然流动阻力大，但一般来说，叉排的平均换热系数要比顺排的大。 二、实验装置 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、皮托管 13、风道 14、热电偶（测来流温） 15、热电偶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 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，打开风机后将交流供电源开关打开，调节旋钮先转至零位。 2、调节交流电源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。参数稳定后，可读取试验数据。 3、实验时对每一种排列的管束保持功率不变空气流速改变三次，再保持风速不变加热功率改变三次，每次改变参数后需待温度稳定后才进行记录，温度的高低根据圆管排列不同及风速大小适当调整，保持管壁与空气来流有适当的温差。 四、实验公式及数据处理 流体横掠管束时的平均对流传热系数可按下式计算 式中： 下脚标f —表示定性温度为按来流温度计算，空气来流温度为室温 ——普朗特数，上式适用于 ——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） ——为圆管外径（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 ——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 叉排时为和中的最大者，其中 以叉排试件为例：采用十八根铜管排列，可先算出一根的换热系数 管直径D=10mm管长l=120 mm 1.空气来流速度 m/s 其中： —— 皮托管测得空气的动压， ( Pa) ρ —— 空气密度 (Kg/ m3) 2、管壁温度 由铜-康铜热电偶测得的热电势E（，），可按附录A确定内壁温度。 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 大于外壁温度（根据管内温度可以计算外壁温度。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。 3、加热圆管两端的电功率Q 由控制面板上的功率表显示。显示功率为总加热功率，每一根加热管功率Q可由总功率除以加热管根数获得。 4、气流过管外壁时的平均换热系数 W/(m·℃) A—实验圆管外表面积 ㎡，此处 5、换热准则方程式 将计算得到的某一流速下的每一根加热管的对流传热系数求和，再除以总根数，可得到管排的平均对流传热系数。 十八根圆管的平均换热系数： 根据每一实验工况所测得的值，可计算出相应的值。 实验数据记录及处理如下： 叉排 环境温度=15℃，导热系数λ=0.0255W/(mK),ν=0/s空气密度ρ=1.226kg/m3,总功率195W，初始风压17KPa，单管功率Q=10.83W 温度℃ 风压KPa 38 h 50 h