实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验 完成稿.doc

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1、实验8空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验完成稿　　实验8空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验　　一、实验目的1.测算空气横掠单管时的平均换热系数h。　　2.测算空气横掠单管时的实验准则方程式Nu?C?Ren?Pr13。　　3.学习对流换热实验的测量方法。　　二、实验测算公式1．根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h。　　即h=QQ?w/m2·K（8-1）A(tW?tf)A??t式中Q—空气横掠单管时总的换热量，W；A—空气横掠单管时单管的表面积，m2;tw—空气横掠单管时单管壁温℃；tf—空气横掠单管时来流空气温度℃；?t—壁面温度与来流空气温度平均

2、温差，℃；2．空气横掠单管换热时，实验关联式的确定根据传热学理论，换热系数与流速、管径、温度、流体物性等有关，并可用下列准则方程式关联Nu?f(Re,Pr)(8-2)空气横掠单管换热时，实验关联式为Nu?C?Ren?Pr13（8-3）在定常性温度下(tm)，普朗特数Pr可视为常数，故　　（3）简化为Nu?C?Ren（8-4）式中Nu—努谢尔数，Nu?hd?，Re—雷诺数，Re?Pr—普朗特数，ud，vC??C?Pr13?C?Pr(8-5)C,n—由实验确定的常数，13tm—定性温度由下式确定tmtw?tf??℃（8-6）?2上述公式中，d—外管径（m），

3、?—流体的导热系数（w/m·℃），u—流体在实验测试段中的流速（m/s），v—流体的运动粘度（㎡/s）。　　3．实验关联式计算设y=lgNu，x=lgRe，在双对数坐标系下，公式（8-4）可写为y?n?x?lgC?（8-7）根据最小二乘法原理，常数lgC及n可按下式计算lgC???xy?x??y?xiiiii?1i?1i?1i?1NNNN2i??2x??i??N?xii?1?i?1?N2N（8-8）n=?x?y?N?xyiiii?1i?1i?1NNNNi??2x??i??N?xii?1?i?1?N2(8-9)式中N为实际工况测试点数(N=11或N＝10)

4、。　　4．实验参数计算　　（1）空气流速u根据u=2g?介H?10?3?空m/s（8-10）2式中g—重力加速度，m/sH—微压计动压头（实测），（酒精柱高）?介—酒精密度(?介=0.89*103kg/m)，33?空—空气密度（查表），kg/m　　（2）单管加热量QQ=UI单位W（8-11）式中U—实验管端电压（实测），I—实验管工作电流（实测）。　　5．实验结果误差计算用均方根误差?可以反映实验点（x,y）与关联式代表线(y??n?x?lgC?)的平均偏差。　　???(yiNi?yi?)2，（8-12）N?1其中，N为测试点数(N=11或N＝10)。　

5、　6.对流换热的定义对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。　　7.牛顿冷却公式根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h。　　即h?Q/A(tw?tf)?Q/A??tw/m2·K式中Q—空气横掠单管时总的换热量，W；A—空气横掠单管时单管的表面积，m2;tw—空气横掠单管时单管壁温℃；tf—空气横掠单管时来流空气温度℃；?t—壁面温度与来流空气温度平均温差，℃；8.影响h的因素1）.对流的方式对流的方式有两种；　　（1）自然对流由流体冷、热各部分的密度不同，所引起的流动。　　（2）强迫对流由外力（风机、水泵等）驱动的流体流动。　

6、　2）.流动的情况流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。　　针对管内流动，当Re＜2300时为稳定层流；Re＞1×104时为旺盛紊流；2300＜Re＜1×104时则为不稳定的过渡段。　　Re—雷诺数，Re?ud，v雷诺数Re的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。　　上述公式中，d—外管径（m），u—流体在实验测试段中的流速（m/s），v—流体的运动粘度（㎡/s）。　　3）.物体的物理性质流体物性参数有比热容，导热系数，运动粘度，动力粘度，导热率，普朗特数，需要在定性温度下测得物性参数。　　定性温

7、度是指某种介质（冷介质或热介质）在求物性参数时使用的温度，如果介质粘度不大，取进出口温度的算术平均温度，如果粘度较大，可加权平均。　　Pr—普朗特数，Pr=其中?为热扩散率,v为运动粘度,μ为动力粘度；cp为等压比热容；k为热导率；普朗特数的定义是运动粘度与导温系数之比4）流体有无相变:发生流体集态改变（或相变），如液体受热沸腾或蒸汽遇冷凝结的对流换热过程，称为相变换热。　　相变换热较强烈。　　冷结流体降温到一定温度时出现的固化现象，在流体从液态开始转化为固态到完全转化为固态期间流体温度不变，如下图为冷结的流体持续加热温度变化，B点时开始溶解，C点完全转

8、化为液体。　　?=cpμ/k?沸腾是指流体受热超过其饱和温度时，在流体内部和表面