强迫流动单管管外放热系数测定实验指导书2

1强迫流动单管管外放热系数测定一、实验目的1.作为综合性实验，该项实验涉及较多课程知识，测量参数多，如风速、功率、温度以及计算机的基本操作，可考查学生的综合能力。2.测量空气横向流过单管表面的平均表面传热系数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，了解对流放热的实验研究方法。二、实验原理根据相似理论，流体受迫外掠物体时的表面传热系数h与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列准则方程式描述：),(reuPRfN实验研究表明，流体横向单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式;mnrmneumPCRN式中：mnc,,均为常数，由实验确定努谢尔特准则umNmumhdNemR雷诺准则memdRrmP普朗特准则mnrmP2上述各准则中d实验管外径，作定性尺寸(米)流体流过实验管外最窄面处流速；（)/sm流体导热系数（)/KmW流体导温系数)/(2sm流体运动粘度)/(2smh表面传热系数)/(2KmW准则角码m表示用流体边界层平均温度)(21fwmttt作定性温度。签于实验中流体为空气，rmP=0.7，故准则式可化成：nemumCRN本实验的任务在于确定nc与的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I、电压V、管壁温度wt、空气温度ft、测试段动压P。至于表面传热系数h和流速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差得。得到一组数据后，可得一组eR、uN值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组uN、eR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、构架、实验管及其加热器、水银温度计、动压计、毕托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器组成。由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管3置于测速段，测速段截面教实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。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，管壁嵌有四对热电偶以测壁温。四、实验步骤1.将毕托管与动压计连接好、校正零点；连接热电偶与电位差计，再将加热器、电流表、电压表以及调压变压器线路连接好，指导教师检查确认无误后，准备启动风机。2.在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。3.在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热实验管，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（壁温热电偶电势在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录热电势、电流、电压、空气进出口温度及动压计的读数，所以电压不得超过180伏。4.在一定热负荷下，通过调整风量来改变R数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压，空气进、出口温度以及电位差计的读数，即为不同风速下，同一热负荷时的实验数据。5.不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压变压器改变电加热器功能、重复上述实验步骤即可。6.实验完毕后，先切断实验管加热器电源，待实验管冷却后再关闭风机。五、实验数据的整理计算41壁面平均表面传热系数h电加热器所产生的总热量，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方式传出去的，因此对流放热量c为rrcIV440100100fwrTTACr辐射换热量试管表面黑度0C绝对黑体辐射系数wT管壁面的平均绝对温度fT流体的平均温度。A管表面积根据牛顿公式，壁面平均表面传热系数为Atthfwc)()/(2KmW2.空气流速的计算采用毕托管在测速段截面中心点进行测量，由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修正。若采用动压计测得的动压为P，则由能量方程式：02221gPgugP而PPP125Pu2测式中：空气的密度；P动压。由上式计算所得的流速是测速截面处的流速，而准则式中的流速W是指流体流过试验管截面的流速，由连续性方程：)ndLAuAU试试测测（ndLAAuu试测测试式中：测A测速外流道截面积；2m280150mmA测试A放试管处流道截面积；2m2150450mmA试L试验管有效管长；mmL450d试验管外径；mmd40n试验管数；1n测u测速处流体流速；sm/试u试验管截面处流速；sm/3.确定准则方程式将数据代入，得到准则数，即可在umN为纵坐标，以emR为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连起来，因6emumRnCNlglglg上的两点为直线的斜率，取直线为直线的截距，nClg1212lglglglgeeuuRRNNnneuRNC即可得出具体的准则方程式neuCRN六、实验报告要求1.实验原理2.实验原始数据，数据整理3.做出neuCRN图线4.误差分析。7E型（镍铬/铜镍）热电偶分度表T℃0-1-2-3-4-5-6-7-8-900-0.059-0.117-0.176-0.234-0.292-0.35-0.408-0.466-0.524-10-0.582-0.639-0.697-0.754-0.811-0.868-0.925-0.982-1.039-1.095-20-1.152-1.208-1.264-1.32-1.376-1.432-1.488-1.543-1.599-1.654T℃0123456789000.0590.1180.1760.2350.2940.3540.4130.4720.532100.5910.6510.7110.770.830.890.951.011.0711.131201.1921.2521.3131.3731.4341.4951.5561.6171.6781.74301.8011.8621.9241.9862.0472.1092.1712.2332.2952.357402.422.4822.5452.6072.672.7332.7952.8582.9212.984503.0483.1113.1743.2383.3013.3653.4293.4923.5563.62603.6853.7493.8133.8773.9424.0064.0714.1364.24.265704.334.3954.464.5264.5914.6564.7224.7884.8534.919804.9855.0515.1175.1835.2495.3155.3825.4485.5145.581905.6485.7145.7815.8485.9155.9826.0496.1176.1846.2511006.31936.3866.4546.5226.596.6586.7256.7946.8626.931106.9987.0667.1357.2037.2727.3417.4097.4787.5477.6161207.6857.7547.8237.8927.9628.0318.1018.178.248.3091308.3798.4498.5198.5898.6598.7298.7998.8698.949.011409.0819.1519.2229.2929.3639.4349.5059.5769.6479.7181509.7899.869.93110.00310.07410.14510.21710.28810.3610.43216010.50310.57510.64710.71910.79110.86310.93511.00711.0811.15217011.22411.29711.36911.44211.51411.58711.6611.73311.80511.87818011.95112.02412.09712.1712.24312.31712.3912.46312.53712.6119012.68412.75712.83112.90412.97813.05213.12613.19913.27313.34720013.42113.49513.56913.64413.71813.79213.86613.94114.01514.09