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1、教学实验2006空气对流换热实验台指导书25目录1.空气横掠圆管换热实验台实验指导书…………………………………………12.翅片管束管外放热和阻力实验指导书…………………………………………63.空气横掠平板换热实验台实验指导书………………………………………174.小型气水换热器实验台实验指导书……………………………………………195.空气横掠可旋转圆管换热实验台实验指导书……………………………20251.空气横掠圆管换热实验台实验指导书一、实验目的1,了解实验装置,熟悉空气流速及管壁温度的测量的方法,掌握测量仪器仪表的使用方法2,测定空气横掠单管平均表面传热系数,并将结果整理成准则关
2、系式.3,掌握强制对流换热实验数据的处理及误差分析方法二、实验原理与实验装置 根据对流换热的量纲分析,稳态强制对流换热规律可以用下列准则关系式来表示: 经验表明上式可以表示成下列形式： (1)对于空气,当温度变化不大时,普朗特书Pr变化很小,可以作为常数处理.故(1)式可表示为（2） 本实验的任务就是确定之值。因此就需要测定数中所包含的各个物理量。其中管径d为已知量，物性λ、,按定性温度查表确定.表面传热系数不能直接测出，必须通过测加热量,壁温及流体平均温度,根据(3)式来计算: （3） 其中：电加热功率 ：单管外表面积 试验装置
3、结构及工作原理如图一所示：25图1实验风洞系统简图1.风机支架2.风机3.风量调节手轮4.过渡管5.测压管6.测速段7.过渡管8.测压管9.实验管段10.测压管11.吸入管12.支架13.加热元件14.控制盘三、实验步骤1．将皮托管与差压传感器连接好、校正零点；连接热电偶，再将加热器、功率表以及调压变压器的线路连接好。经指导老师检查确认无误后，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(壁温热电偶的温
4、度在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态)后，开始记录热电偶温度、电功率、空气进出口温度。4．在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re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、出口温度以及加热管的壁面温度，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。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率，重复上述实验步骤即可。6．实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再关闭风机。四、实验数据的整理计算１，空气来流速度:25空气来流速度u用毕托管测量,根据伯努利方程,毕托管所测得的气流动压与气流速
5、度u的关系如下: ρ为空气密度,由空气来流温度查表确定;所以空气来流速度为 ２，加热功率:加热功率Q可通过管子测量段加热的电压降和电流来计算 ３，空气来流温度及管子外表面温度的测量 (1)空气来流温度用PT100热电偶测量，。 (2)确定实验管壁面温度也用PT100测量，。(3)空气离开加热管的温度用PT100热电偶测量，。本实验中主要测量管子前后上下四个表面的温度，然后求其平均值。由下式求得，实验管为一个有内热源的圆筒壁，而且内壁温度大于外壁温度。由于管壁很薄，而且铜的导热系数很高，可以忽略管壁导热热阻，内外温度相等。实验时，
6、空气流速可调整4-5个工况，加热电流可根据管子的直径及风速大小适当调整，保证管壁与空气间有适当的温差。4.根据每次实验工况所测数据计算整理得出相应的Nu、Re的值，连同其它组的实验数据，在双对数坐标纸上，以Nu为纵坐标，Re为横坐标。将各个工况点标示出。它们的规律可以近似的用一条直线表示： 则Nu、Re之间的关系可近似表示成幂函数形式：．根据实验数据用最小二乘法或作图方法得出上述关联式中的C和n的值。5.计算定性温度tm25对于空气横掠单管，对于空气横掠管束，6.数计算中的特征速度确定对于空气横掠单管，特征速度等于来流速度，即为而对于空气横掠管束，特征速度要按管
7、束中最小界面处的平均流速。五、分析讨论在本实验中没有考虑加热管的热量损失，即没有考虑加热管的辐射换热热量损失和加热管与壁面两端导热的热损失。如果要考虑的话，可以用加热功率乘以一个热损失系数，0.8-1.0之间。或者进行精确的计算：电加热器所产生的总热量Q，除了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，因此，对流换热量Qc为Qc=Q—Qr=W—QrQr=εC0F（3—3）式中Qr——辐射换热量,W；W——加热电功率,W；ε——试管表面黑度,为0.6~0.7
