自由对流横管管外放热系数的测定.doc

自由对流横管管外放热系数的测定 一、实验目的和要求 1.了解空气沿管表面自由放热的实验方法，巩固课堂上学过的知识； 2.测定单管的自由运动放热系数； 3.根据对自由运动放热的相似分析，整理出准则方程式。 二、实验原理 对铜管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对换热量为总热量与辐射换热量之差，即： — 辐射换热量； — 对流换热量； — 试管表面黑度； — 黑体的辐射系数； — 管壁平均温度； — 室内空气温度； — 自由运动放热系数； 根据相似理论，对于自由对流放热，努谢尔特数，是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数即： 可表示成 其中是通过实验所确定的常数，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准则数： Pr、β、λ、ν物性参数由定性温度从教科书中查出。 该变加热量，可求得一组准则数，把几组数据标在对数坐标上得到以Nu为纵坐标，以Gr、Pr为横坐标的一系列点，画一条直线，使大多数点落在这条直线上或周围，根据： 为这条直线的斜率即为 ，截距为。 三、实验装置及测量仪表 实验装置有实验管（四种类型），支架、测量仪表电控箱等组成。实验管上有热电偶嵌入管壁，可反映出管壁的温度，由安装在电控箱上的测温数显表通过转换开关读取温度值。电加热功率则可用数显电压表、电流表测定读取并加以计算得出。 四、实验步骤 1.正确连接好线路，经指导老师检查后接通电源； 2.按动控制箱上控制开关，选择任一直径的实验管进行加热，调整好调压器，将管壁温度控制在200℃左右。 3.稳定六小时后开始测管壁温度,记下数据； 4.间隔半小时再记一次,直到两组数据接近为止； 5.取两组接近的数据取平均值,作为计算数据； 6.记下玻璃温度计指示的空气温度； 7.经指导教师同意,将调压器调整回零位,切段电源. 五、实验数据的整理 1.已知数据； 管径 d =80mm d=60mm d=40mm d=20mm 管长 L=1800mm L=1600mm L=1400mm L=1200mm 黑度 ε=0.11 ε=ε=ε=0.15 2.测试数据: 管壁热电势mv1、mv2、mv3、……mvn 管壁温度T1、T2、……Tn 室内空气温度 电流I、电压V。 3.整理数据； 根据所测圆管各点温度计算圆管平均温度，计算加热器的热量 a）求对流放热系数 b）查出物性参数 定性温度取空气边界层平均温度，在书的附录中查得空气的导热系数、 热膨胀系数、运动粘度 导温系数、和普朗特数。 用标准公式计算对流换热系数Nu和。 求相对误差 d）以班组为单位整理准则方程 把求得的有关数据代入准则中可得准则式，把对应的数据标在对数坐标纸上，几组数据可标得一条直线，求得 六、实验报告要求 1.实验目的、原理、步骤、数据整理； 2.作出直线,写出准则方程式； 3.误差分析. 七、思考题 1．怎样才能使本实验管的加热条件成为常壁温？ 2．管子表面的热电偶应沿长度和圆周均匀分布，目的何在？ 3．如果室内空气温度不平静，会导致什么后果？ 4．本实验的Gr数范围有多大，是否可达到紊流状态？ 项目 横管几何尺寸 电压 V 电流 I 热量 Q 室温 热电势（mV）或温度（℃） 管表面温度 D (m) L (m) F (m) ℃℃f 1 2 3 4 5 6 tw℃ 1 20 2 40 3 60 4 80 序号 D3×104 Δt tm Tm β×102 λ×102 ν×106 Pr Gr Re a Nu lgNu Lg(Gr.Pr) - 2 -