平均换热系数的测定

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1、平均换热系数的测定1．测定强制对流时空气横掠园管的平均换热系数α。2．应用相似理论将实验结果整理成准则关系式，并在双对数坐标上绘出Nu-Re曲线。3．了解实验的基本思想，加深应用模型试验方法解决工程实际中具体问题的认识。一．目的意义强制对流换热是工程实际中最常遇到的传热学问题，有着广泛的应用。并且，强制对流平均换热系数是设备换热效率的重要指标，因此，测定对流换热系数有着工程实际意义。二．基本原理空气横掠单管时，在管外形成了较为复杂的园柱绕流流场，园柱面附近的流速、压强分布与来流情况有很大变化，致使园管断面上各点换热系数不同。本实验不考虑

2、各局部位置的影响，仅给出园管的综合换热效果，即平均换热系数α。“热对流”是指流体中温度不同的各部分相互混合的宏观运动所引起的热量传递现象。根据引起流体宏观运动的原因不同，可以把“热对流”分为自然对流换热和强制对流换热。严格地说，强制对流换热中不能排除自然对流换热的作用，只是因为它的影响远小于前者而不予考虑。根据牛顿冷却定律，在稳态热流条件下（10-1）式中，α——平均换热系数，w/m2.℃；Q——单位时间放热量，W；tw,tf——分别为壁面温度和气流温度，℃；A——放热管放热面积，m2。式中，——努谢尔特数（准则）。由于Nu数中含有换热

3、系数，故又称无因次换热系数，表征对流换热的强烈程度；——雷诺数（准则）。是强制对流的一个重要的已定相似准则；——普朗特数（准则）。表征动量传递热量传递的相似程度；d——放热管外径，m；Λ——流体介质在定性温度tm下的导热系数，w/m.℃——流体介质在定性温度tm下的运动粘度，m2/s；a——流体介质在定性温度tm下导温系数，m2/s。W——流体介质的速度，m/s；应用相似理论研究强制对流换热问题，在几何相似的园管中及稳态热流条件下，换热规律可表述为Nu=f(Re,Pr)（10-2）℃对于空气介质，在温度变化不大时，Pr数值变化很小可视作

4、常数（如在室温条件下，Pr≈0.7），准则关系式可简化为Nu=f(Re)通常把实验结果整理成幂函数的形式Nu=CRem（10-3）式中c和m的值根据实验数据用最小二乘法确定。其中，流体介质的定性温度三．实验器材测定装置见图10-1所示。1．风源——箱式风洞，由风箱、风机、风门及试验段组成。2．电源——提供直流低压大电流的硅整流器。3．试件——四支外径不同、内部绝热、外覆不锈钢薄片的放热管，内壁焊有热电偶热端（铜—康铜）。4．流速测量仪表——毕托管、倾斜式微压计。5．温度测量仪表——热电偶冷端、分压箱、电位差计、水银温度计。武汉理工大学*

5、材料科学与工程学院1.风箱；2、风机；3、试验段；4、试件5、硅整流器；6、风门7、毕托管；8、倾斜微压计；9、分压箱；10、电位差计；11、管内热电偶；12、冷端热电偶。图10-1平均换热系数测定实验装置示意图箱式风洞武汉理工大学*材料科学与工程学院箱式风洞由风箱、风机、风门及试验段组成。电位差计武汉理工大学*材料科学与工程学院温度测量仪表——由热电偶冷端、分压箱、电位差计、水银温度计进行组合倾斜式微压计武汉理工大学*材料科学与工程学院流速测量仪表——由毕托管、倾斜式微压计进行组合试件武汉理工大学*材料科学与工程学院四支外径不同、内部

6、绝热、外覆不锈钢薄片的放热管，内壁焊有热电偶的热端（铜—康铜）四．测试步骤1．在试验段上安装毕托管，使其开口正迎来流方向，并用胶管与微压计接通。微压计调平、调零。2．接电源于试验段极片；将测定电源电压的导线接于分压箱相应接线柱上。3．将试件插入试验段，冷端热电偶（铜-康铜）装在与毕托管相对应的位置，用导线实现热电偶冷，热端的串联，以测出温差（tw-tf）的热电势E（tw,tf）。将导线接到分压箱相应接线柱上，进行电位差计的调试。武汉理工大学*材料科学与工程学院仪器配置与接线示意图4．关闭风门开启风机，打开风门至2或3挡，然后通电，调节电

7、流至参考值。武汉理工大学*材料科学与工程学院电流参考值放热管1（粗）234（细）电流参考值（A）25201612注意：每组电源供2台设备，即有2只放热管，所以电源的电流按上值加倍。5．热稳定后（2-3分钟）测定并记录气流动压读数△h(mmH2O)；电压V1、电压V2、温差势电热E（tw,tf）读数（均为mv）以及气流温度tf。6．调节风门，改变流速，重复步骤4，共测4组数据(风门调节，每次相差约10mmH2O)。7．关闭电源，片刻后关闭风机，更换放热管(必须2只一起换,即一组实验做完后，必须等另一组做完后再停电。否则会烧坏放热管)，重复

8、步骤3、4、5。8．实验结束，关闭电源，片刻后关闭风机及风门，仪器仪表归位。武汉理工大学*材料科学与工程学院五．实验结果处理测量项目单位第一组第二组第三组放热管的尺寸外径dm长度lm0.10.10.1面积F