同济大学传热实验-平板绕流换热系数

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1、8平板绕流换热系数测定一、目的了解空气纵掠平板时，沿平板表面的换热规律，测定空气纵掠平板时的局部换热系数，并绘制有关线图，以加深对对流换热的认识。二、原理根据对流换热的原理，空气纵掠平板时，沿平板的局部换热系数色可由下式决定：色=—冬—W/m2-°C-lf）式中么为物体表面某处的热流通量，WIm2o为相应的表面温度，tf为空气的温度，OC。若用一个包覆有薄金属片的平板纵向插入风道中，空气纵向掠过平板时，测定金屈片电加热功率，以及离平板前缘不同位置处金屈薄片的表面温度，即可确定沿板长方向局部换热系数匕的变化。在常

2、热流边界条件卜，空气纵掠平板时，沿板长的局部换热系数比的改变,与壁温沿板长的变化有联系，因此存在着纵向导热。由于壁温不同，向外界辐射散热也不同，为了准确地确定匕，必须考虑纵向导热和辐射散热的影响。分析平板上金屈薄片一微元长度dx的热平衡式（如图1）。在稳定情况卜•，则有：图1微元片热平衡图式屮2为电流流过金屈薄片微元段dx的发热量，曙寸&1只=背山。b、/为金属薄片的宽、厚度，I为平板长度。I、U为流过金属薄片的电流及电压降：2伽为左侧导入热量，-入2芈;ax.Qcdout为右侧导出热量，-&b8——；dxx+

3、dxQcU为对流传给空气的热量，aa-t,bdx；0为辐射散失的热量，sbdxa^-T^为对平板体的导热量，若为绝热条件，则为零。将以上各项代入热平衡式，口J得局部换热系数表达式:UI2bl(1)上式中U、I、&、心均可测试得到，但由于壁温I随x变化，只能用作图2法求等值。即先根据测彳肌和X的对应值，绘出LX变化曲线，然后用作图法求该曲线的导数，即空值，将此值代入上式，可计算X处的换热系数匕。dx°最后可绘出局部努谢尔特数与雷诺数Re,的曲线来表示沿平板对流换热的变化规律。三、实验装置实验装置的本体由风源2和实

4、验段风道3等构成（见图2）。在冇机玻璃风道3中间，插入一可滑动的由绝缘材料制成的平板4,在其中间纵向包覆一不锈钢片，构成一很薄的契形板，二侧对称。在不锈钢内表而设有热电偶6,沿纵向x轴不均匀地共布置22对热电偶，它们通过热电偶换接件与测量电位差计相联。不锈钢片二端经电源导板13与低压电源连接。由硅整流电源1供给低压直流大电流，通过电源导板对不锈钢片通电加热，形成平板表而在常热流边界条件下工作。在加热电路屮串联一标准电池5,用电位差计10经转换开关9测量电流流经标准电阻的电压降，然后确定流过不锈钢片的工作电流I。

5、不锈钢片两端的电压降，经分压箱8和转换开关9,用电位差计10來测量。为使测量系统简单，将测量金屈片壁温t热电偶的参考点(冷端7)置于空气流中，所以电偶反映的是金属片壁温t与空气温度tf之差的热电势E(t,tf)o通过倾斜式微压计11测量掠过平板的气流动压，以确定空气流速。1.低压直流电流；2.风源；3.试验段风道；4.平板试件；5.标准电阻；6•热屯偶热端；7.热电偶冷端；&分压箱；9.转换开关；10.电位差计；11.微压计；12.毕托管;13.电源导板图2测定空气纵掠平板时局部换热系数的实验装置及测量系统四、

6、实验步骤1.了解和熟悉整个试验装置的各个部件及仪表，严格按照仪表使用说明进行操作。2.对风机、硅整流电源进行检查，使之处于准备阶段，并将风门关闭以及屯源调节手柄旋转至零位。将试件装入玻璃风道内，毕托管安装好。按照图8・2将测量系统的线路接好。3.启动风机，调节风门到适当的位置，将平板调整到适当的位置上。接通屯源，并逐步提高输出电压，对平板缓慢加热。为保证不至于损坏试件、又能达到足够的测温准确度，不锈钢片表面温度控制在80°C以下。为此口J用手不断抚摸至手无法忍受为止。4.待热稳定后开始测量，从板前缘开始按热电偶

7、编号，用电位差计逐点测出其温弟势E(t,S)。测量过程中加热电流、电压变动较小，可选测几组。1.试验结束吋，先关掉硅整流电源，将调节手柄恢复到零位，再将风机门开到最大位置，等试件冷却后再把风门关掉。五、实验记录实验进行的日期：年月日上、卜•午使用仪器的型号及量程：实验数据记录表表1平板长度金属带宽度散热而积电流电压来流动压来流温度1bF=2blIVAhtfmmm2mVAmVVmmH20°C物理詁、002.557.51015202532.54050607590110130160190220260300E（tx,t

8、o）Mv六、实验数据的处理将实验数据代入卜•列各式进行计算1.将不锈钢试件的壁温&所用测温热电偶为铜一康铜，以风道内空气温度tf为参考温度时，热端温度在50-80°C范围内变化，冷、热端每1度温度差的热电势输出可近似取0.043mV/°C,则tx-tf=£(rv,r/)/0.043°C2.不锈钢薄片发出热量QQ=IU(W)式中U为试件两端的压力降，V。I为流过试件的电流，Ao3.空气掠