安徽工业大学热平衡实验报告

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1、热平衡实验报告以吾之名一、实验冃的1、熟悉已有的热风炉系统，并了解其运行方式及原理；2、对己有的热风炉系统进行热平衡试验，深刻了解热风炉系统中能量转换过程；3、熟悉各种仪器的使用，强化动手能力。二、热平衡实验原理利用系统内能量的收支平衡来验证热平衡，整个实验设备包含热风炉和挽热器两部分。首先热风炉通电，加热内部的电阻丝，开启鼓风机向热风炉内充入具有一定速度的空气，空气掠过热风炉内被电加热的电阻丝加热，之后进入热管换热器。热管换热器下部的螺旋管式热管内的介质被加热气化，上升到换热器的上部，换热器一段的鼓风机掠过换热器上部的

2、热管，使其冷却，热管中介质液化下流，完成热量的交换。在达到稳态过程后，整个系统的能量交换过程包括以下几个部分的能量交换：1）鼓风机耗电转换为气体的动能（忽略由于热量变化导致的气体动能变化）；P1=U1I1Ql=l/2qmIvl2P2=U2I2Q2=l/2qm2v22Pl、P2分别是两端鼓风机的电能消耗；WQl、Q2分别是热风炉端和换热器段的空气获得的动能；J/sU、I是电压和电流；V，Aqm是空气质量流量；kg/sV是空气流速；m2/s2)加热热风炉的电量转换为空气的热量(假设100%转化)；Q3—U3I3=qmi(Cp

3、jTi-CpoTo)Q3是空气在热风炉中获得的热量；J/scp是对应温度的等压比热；J/(kgK)乃是热风炉出U温度，也是换热器下部进U温度；KT()是环境温度；K3)热风炉中空气热量在热管换热器中传递给换热器端鼓入空Q扣qmi(Cp2T2-cpoTo)Q5=qm2(cp3T3-cp0T0)Q6-qm2(Cp4T4~CpoTo)Q4、Q5、Q6分别是换热器下部山l_l和上部进山IJ空气热量；J/s丁2是换热器下部气体出口温度，K丁3和丁4是挽热器上部空气的进出口温度。K4)炉体蓄热通过导热，辐射，对流的方式传递给周围环境

4、巾实际情况可知，炉体的散热过程分为两个部分，大空间自然对流和平板外强制对流:首先对于四个竖直平板，有：Gi=^~v~Num=C(Gr风KJ_hlNu=—”,A27(卜4)=Ar)Gr是格拉晓夫数；是Gr数中的体胀系数，对于符合理想气体性质的气体，值为At是壁面温度tw与环境温度U的差值；K1是特征长度，在这里是竖直平板高度；mV是运动粘度；m2/sA是定性温度下的空气的导热系数，W/(mK)Nu是努赛尔数Pr是普朗特数；m表示定性温度是壁面温度与环境温度的算术平均温度；°CC,n的取值根据格拉晓夫数而来，当1.43xlO

5、4

6、面的强制对流换热：Num=0.037(/?e0.8-871)Pr033Re是以平板全长1为特征长度的雷诺数依据努赛尔数求的对流换热系数后求的散热量。综上所述，针对整个热风炉系统(不包括风机)而言，能量交换满足以下式子：Q1+Q2+Q3+Q5=Q1+Q2+Q4+Q6+Q7+Q未知Q7是炉体总散热量Q@I1是小明确的热量损失W对于整个系统而言，满足如K的关系式：Pl+P2+Q3+Q5=Q1+Q2+Q4+Q6+Q7+Q未知是憋个系统的不明确能量损失以上即是热平衡的原理。三、热平衡实验设备1、电阻丝热风炉2、热管式挽热器3、鼓风

7、机等四、热平衡实验测试内容五、热平衡实验测试仪器仪表1、万用表2、钳型电流电压表3、毕托管4、斜管压力计5、压力表6、热电偶、表面热电偶7、数字显示表、电位差计8、电度表9、温度计10、一些实验工具等六、实验步骤和方法（含计算公式）1.启动机器，电加热热风炉，鼓风机鼓风，带待到工况稳定，记录温度计显示的室温；2.利用毕托管记录鼓风机管道内的静压与全压，利用v=sqrT（2（p-p0）/P）计算气流速度，并通过测量截面积和密度计算质量流量。毕托管使用注意方法：1）要正确选择测量点断面，确保测点在气流流动平稳的直管段；2）测

8、量吋应当将全压孔对准气流方句，以指向杆指示。测量点插入孔应避免漏风，讨防止该断面上气流干扰。用皮托管只能测得管道断面上某一点的流速，由于断面流量分布不均匀，因此该断面上应多测几点，以求取平均值；3）使用前测试一I畅通性。3.将热电偶与数字显示表或电位差计连接好，测量热风炉、换热器的各个进出口温度，并记录，记录数据时应