空气横掠单管时平均换热系数的测定.doc

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1、空气横掠单管时平均换热系数的测定热交换器中广泛使用各种管子作为传热元件，其外侧通常为流体横向掠过管子的强制对流换热方式。因此测定流体横向掠过管子时的平均换热系数是传热学的基本实验。本实验是测定空气横向掠过单管时的平均换热系数。一．实验的目的与要求1.了解实验装置，熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法。2.通过对实验数据的整理、综合，掌握强制对流换热实验数据整理的方法.3.了解空气横掠管子时的换热规律。二．基本原理根据对流换热的分析，稳定受迫对流时的换热规律可用下列准则关系来表示：Nu=f(Re，Pr)(7.1)对于空气，温度变化范围又不大，上式中

2、的普朗特数Pr变化很小，可作为常数看待。故(1)式可简化为：Nu=f(Re)(7.2)努谢尔特数Nu=αD/λ(7.3)雷诺数Re=WD/γ(7.4)其中：α—空气横掠单管时的平均换热系数。w/(m2.℃)；W—空气的来流速度。m/s；D—定型尺寸(取管子的外径)。m；λ—空气的导热系数。w/(m.℃)；γ—空气的运动粘度(动量扩散系数)。m2/s。要通过实验确定空气横向掠过单管时的Nu和Re间的关系，就需要测定不同的流速W及不同管子直径D时的换热系数α的变化。因此本实验中要测量的基本量为管子所在处的空气流的流速、空气温度、管子表面的温度及管子表面散出的热量。三．实验设备

3、实验系统见图7.1。本体由风箱1、风机2、有机玻璃风道3组成，以保证在风道试验段中有均匀的空气流速。试验用管子为一薄壁不锈钢圆管4，安装在有机玻璃风道试验段中间。采用低电压大电流的直流电源对实验管直接通电加热。空气横向掠过此管时，将电流流过管子时所产生的热量通过对流换热方式带走。低压大电流直流电由硅整流电源5供给。调整硅整流电源可改变对实验管的加热功率。实验时雷诺数Re应有较大范围的变化，以保证求得的空气横掠单管换热准则式的准确性。Re取决于管子所在处空气流的流速W及管子直径D。空气流速W可以通过装在风机入口处的调风门6来改变，但W的变化范围受到风机压头的限制。如果采用不

4、同直径的管子作为试验管，就可以达到较大的Re变化范围。因此实验时可用直径不同的管子在不同的空气流速的条件下进行，然后将试验结果整理求得换热准则式的具体表达式。1风箱2风机3有机玻璃风道4不锈钢圆管5硅整流电源6调风门7皮托管8微压计9分压箱10转换开关11电位差计12标准电阻图.1空气强制对流换热试验系统简图四．测试方法及试验步骤在试验管所处风道中装有皮托管7，通过倾斜式微压计8测出试验段中空气来流的动压头Δh(毫米汞柱)。然后计算出空气来流的速度W。微压计的倍率采用0.2。为了准确测定试管上的加热功率，并排除管子两端的影响，在离管端一定距离处焊有电压测点a及b。经过分压

5、箱9和装换开关10，用电位差计11准确测定该二测点间，即试验段内的电压将U。分压箱的倍率为201(1mV=0.201V)。试验管的电路中串联了一个标准电阻12，电流流过标准电阻时的电压降ΔU，经转换开关10和电位差计11测量。然后确定流过试验管的工作电流I。标准电阻分流比为150A/75Mv(即1mV=2A)。空气流的温度tf用水银温度计测量。为了确定试验管壁的温度tw，在试验管内埋设一支铜一康铜热电偶13。参考端(即冷端)14置于空气流中，以使测量系统简化。热电偶热端所处温度为管内壁温度tw’，冷端所处温度为空气温度tf。由电位差计测出的热电偶电势为E(tw’，tf)。

6、管内壁温度tw’按下步骤确定：先由温度tf查热电偶电势表的E(tf，0)。反映tw’的E(tw’，0)=E(tw’，tf)+E(tf，0)。然后由E(tw’，0)再查热电偶电势表得到tw’。在本实验的测温范围内，可近似取铜-康铜热电偶电势为0.043mV/℃，以简化计算.试验管为有一内热源的圆筒形壁，且内壁绝热。因此内壁温度tw’大于外壁温度tw。由于所用管壁很薄，仅0.2～0.3mm，可足够准确地认为tw=tw’。试验时对每一种直径的管子，改变空气流速，可调整4～5工况。加热电流可根据管子直径及风速大小适当调整。保持管壁与空气间有适当的温度差。每调整一个工况，须待微压计

7、、热电偶读数等稳定后方能测量各有关数据。并纪录于附表四。为保证管壁温度不超过允许范围，加热电流限定如下：管径d(mm)2.0～3.03.0～4.04.0～5.05.0～6.0最大电流Imax(A)12162025五．计算公式与数据处理1．空气的来流速度W：W=[2×9.81Δh/ρf]1/2(7.5)式中：Δh—微压计测得的动压头(mmH2O)；ρf—温度tf时空气的密度(kg/m3)。2．试验管电压测点间的发热量(管长0.1m)：Q=IU(W)(7.6)式中：U—试验管二电压测点间的电压降(伏)；I—流过试验管的电流(安)。