实验空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验.doc

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1、实验-空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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。3.学习对流换热实验的测量方法。二、实验原理1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。2、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=w/m2·K（8-1）式中：Q—空气横掠单管时总的换热量，W；A—空气横掠单

2、管时单管的表面积，m2;—空气横掠单管时单管壁温℃；—空气横掠单管时来流空气温度℃；—壁面温度与来流空气温度平均温差，℃；3、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（2）强迫对流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。Re—雷诺数，Re，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，—外管径（m），—流体在实验测试段中的流速（m/s），—流体的运动粘度（㎡/s）。3）.物体的物理性质：Pr—普朗特数，Pr==cpμ/k其中为热扩散率,v为运动粘度,μ为动力粘度；cp

3、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).换面的形状和位置5).流体集体的改变相变换热：凝结与沸腾4、对流换热方程的一般表达方式强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动强迫对流公式为自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。自然对流公式为Nu=f（Gr，Pr）1）.Re=雷诺数Re的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν。其中U为速度特征尺度，L为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。2).Pr=定义：流体运动学黏性系数γ与导温系数κ比值的无量纲数3).Nu=（努谢尔数）4).Gr=式中a为流体膨

4、胀系数，v为流体可运动系数。格拉晓夫数，自然对流浮力和粘性力之比，控制长度和自然对流边界层厚度之比。5、对流换热的机理热边界层热边界层的定义是：黏性流体流动在壁面附近形成的以热焓(或温度)剧变为特征的流体薄层热边界层内存在较大的温度梯度，主流区温度梯度为零。Tw当壁面与流体之间的温差达到壁面与来流流体之间的温差的0.99倍时，即，此位置就是边界层的外边缘，而该点到壁面之间的距离则是热边界层的厚度,记为δt(x)6．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：(8-2)空气横掠单管换热时，实验关联式为：

5、（8-3）在定常性温度下()，普朗特数可视为常数，故（3）简化为：（8-4）式中Nu—努谢尔数，Nu，Re—雷诺数，Re，Pr—普朗特数，(8-5),—由实验确定的常数，—定性温度由下式确定：℃（8-6）上述公式中，—外管径（m），—流体的导热系数（w/m·℃），—流体在实验测试段中的流速（m/s），—流体的运动粘度（㎡/s）。7．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：（8-7）根据最小二乘法原理，常数及可按下式计算：（8-8）=(8-9)式中：N为实际工况测试点数(N=11或N＝10)。8．实验参数计算（1）空气流速u根据u=m/

6、s（8-10）式中：—重力加速度，m/s2H—微压计动压头（实测），（酒精柱高）—酒精密度(介=0.89*103kg/m3)，—空气密度（查表），kg/m3（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）。9．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()的平均偏差。，（8-12）其中，N为测试点数(N=11或N＝10)。三、实验设备实验系统装置结构如图8所示。实验主体由风箱、风机、有机玻璃风道组成。试验管为薄壁不锈钢加热圆管，安装在有机玻璃风道实验段中间。采用低电压大电流的直流电对试验管直接加热。低

7、压大电流直流电由硅整流电源供给。调整硅整流电源可改变圆管加热功率。为使雷诺数Re有较大的变化范围，一方面在每个实验台上安装不同直径的单管；另一方面，通过调节风机入口处的调风口来改变空气的流速。四、测试方法及实验步骤在试验管处风道中装有毕脱管，通过倾斜式微压计测出实验段中空气来流的动压H，然后计算空气流速u。为了准确测定试验管上的加热功率并排除管子两端的影响，在距离管端一定距离处焊有二电压测点a、b，经过分压箱和转换开关，用电位差计准确测定该二电压测点处的电压降U。试验管的加热回路中串联了一标