自然对流换热试验.docx

自然对流换热实验报告 一、实验目的了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。测定单管（水平放置）的自然对流换热系数。根据实验测得的有关数据，计算各实验管的数、数和数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式中的值和值，并给出的范围。实验原理对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即 （W）式中：；；，所以 式中：为对流换热量，W；为加热器产生的热量，W；为辐射换热量，W;加热器电压，V；为加热器电流，A；为圆柱体表面黑度，=0.064；为黑体辐射系数，；为管壁平均温度，℃；为玻璃室内空气温度，℃；为圆柱体的表面积，m2；为自然对流换热系数，。当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压、电流、管壁温度、玻璃室内温度，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A，计算出其对流换热系数。根据相似理论，自然对流换热的准则为在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即式中：、是通过实验所确定的常数（在一定的数值范围内）。为了确定上述关系式的具体形式，根据测量数据计算结果求得努塞尔准则、格拉晓夫准则和普朗特准则，即； ； 式中：、（空气的体胀系数，1/K）、（空气的运动黏度，m2/s）等、（空气的导热系数，）等物性参数由定性温度从气体的热物理性质表查取；；D为圆管壁面定型尺寸，m；，℃。通过不同的实验管，可以得到多组数据，利用双对数坐标纸作图或最小二乘法求出、。具体方法如下：直线的斜率为，截距为。用最小二乘法计算及，公式如下式中：。下标和表示试验管号，m为计算时所选用试验管个数。 三、实验装置及其规范本实验共有8根尺寸不同圆管，规格尺寸见表1，实验段有紫铜管组成，其表面镀铬以减少表面的辐射换热量，并使表面的黑度值较为稳定，铜管内装有电加热器。用调压器调节加热器两端的电压控制加热量。管壁表面上等距离地布置了4~7对热电偶，用来测量壁面平均温度。实验管的两端都装有绝缘材料，以减少实验段与固定支撑间的导热损失。为了防止外界对气流的扰动，整个实验设备均放置于隔离的玻璃室内，各测头引出玻璃室外，整个系统通过交流稳压器和220V/50Hz电源连接。配套测量仪器有调压器、电流表、电压表（通常用万用表代替）、电位差计，水银温度计悬挂在玻璃隔墙上，以便测读大空间温度。表1 各实验圆管尺寸尺寸管（m）0.0750.0630.0510.0420.0330.0250.0200.016L（m）1.4471.3731.2501.1470.9500.7970.6540.500 规范：（1）实验过程中不允许随意调节调压器，不许转换电流表的量程档，更不许随意关断电源。如果用万用表替代电压表测量电压，选用万用表的交流电压档。电位差计接入测量回来时，切记正负极不能接反。实验过程中，不许任意挪动仪器，更不能擅自进入玻璃室内。实验用热电偶材料为铜-康铜。 四、实验步骤连接好除电位差计以外的其他测量仪表，检查调压器输出电压在零位。接通电源，调整调压器，使实验管的加热电流各不相同，最大圆管的加热电流不超过2A，其他管电流依次递减，预热约4h以上，管壁温度稳定。把电位差计接入测量回路，注意其正负极，并对电位差计进行调零。通过切换开关，从电位差计测定管壁个测电热电动势，并读出电流、电压。最后读出玻璃室内的空气温度。测试完毕，把万用表关闭并放回原位，电位差计的倍率开关关断。 全部实验结束后，经指导老师同意，把调压器调节零位，并断实验台上电源开关。五、数据记录与处理 1.常规数据记录 室温=23℃ 2.实验数据记录及处理管号测量值（V）（A）管壁各点热电势（mV）平均3号35.10.70.7570.8030.8720.9180.8330.7410.82071.2500.05123查热电偶分度表得，，则。