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1、强迫流动单管管外放热系数测定一、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吋的平均放热系数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h=Qcw/m2°c式中，Qc—对流换热量，W几一管壁的平均温度：（通道3,4,5,6的平均温度）「一流体的平均温度；（通道1,2的平均温度）A一管表而积：（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、流体物性间的关系口J用下列准则方程式描述：Nu=/
2、（Re,Pr）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。Num=CR爲式中：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,故准则式口J化成:Num=CR爲其中上述各准则屮,d实验管外径=25mm,作定性尺寸［米］u流体流过实验管外最窄血处流速［m/s］入——流体导热系数（W/m*°C］v流体运动粘度［m2/s］1——准则角码表示用流体边界层平均温度匚=~（tw+tf）作定性温度。木实验的任务在于确定C与n的数值。测定Nu与Re'P的各物理量，计算岀h,然后得到Re和Nu,通过数据处理，得到C
3、与m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、管壁温度匚、空气温度匚，微压计压差Ah。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杳得。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。三、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。由丁实验段前冇整流段，可使进入实验段前的气流稳定。风量由电子
4、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，管璧欧有四支热屯偶以测壁温。A图1实验风洞简图1・双扭曲线进风口：2•蜂窝器；3•测试段；4•收缩段;5••测速段：6•扩大段：7•橡皮接管：&风机四、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
5、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II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。五、实验数据的测量1・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。2.流速的测量采用毕托管在测速段截面中心点进行测量，曲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
6、修正。（1）测速段流速，式屮，p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）o（2）实验段最窄截面处最人流速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：f-Lnd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，300mmd为实验管外径，25mmn为实验管数(3)风管相关尺寸数据风管圆形截面段Li=300mniD=140mm孔板直径1OOmin风管矩形截而段L2=580mmW=300mmh=150mm2.壁面温度tw的测量测温表通道3-6的平均值。六、实验数据整理计算1.壁面平均放热系数h
7、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，述冇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)(TV(7；丫]Q,=―1—-——[1100；(100丿」Qr——辐射换热量：s——实验管表而黑度：(本实验中可取0.6)Q——黑体辐射系数:5.67(W/m2K4)T®——管壁的平均绝对温度,KTf——流体的平均温度,KA管表面积：(外径25mm,长300mm)根据牛顿冷却公式，壁而平均对流放热系数为2（S）Fw/m2ec]1.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
8、标图上，得到一些实验点，然后用直线连起来，因lgNum=lgC-l-nlgRem,lgC为直线的截距，n为直线的斜率，取直
