强迫对流管外放热系数实验台

发布时间：2024-11-17

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：

Nu f(Re,Pr)

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;

Num CRenm Prnm

式中：c,n,m均为常数，由实验确定

Num 努谢尔特准则 Num hd

Rem 雷诺准则 Rem d m

Prm 普朗特准则

Prm n m

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；（m/s) 流体导热系数（W/m K)

流体导温系数(m2/s)

流体运动粘度(m2/s)

h 表面传热系数(W/m2 K)

准则角码m表示用流体边界层平均温度tm 1(tw tf)作定性温度。 2

签于实验中流体为空气，Prm=0.7，故准则式可化成：

n Num CRem

本实验的任务在于确定c与n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tw、空气温度tf微压计动压头H。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Re、Nu值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组Nu、Re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、倾斜式微压机、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.将毕托管与微压计连接好、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、空气进出口温度及微压计的读数，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头，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