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时间:2020-03-01
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1、实验8空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验完成稿 实验8空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验 一、实验目的1.测算空气横掠单管时的平均换热系数h。 2.测算空气横掠单管时的实验准则方程式Nu?C?Ren?Pr13。 3.学习对流换热实验的测量方法。 二、实验测算公式1.根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h。 即h=QQ?w/m2·K(8-1)A(tW?tf)A??t式中Q—空气横掠单管时总的换热量,W;A—空气横掠单管时单管的表面积,m2;tw—空气横掠单管时单管壁温℃;tf—空气横掠单管时来流空气温度℃;?t—壁面温度与来流空气温度平均
2、温差,℃;2.空气横掠单管换热时,实验关联式的确定根据传热学理论,换热系数与流速、管径、温度、流体物性等有关,并可用下列准则方程式关联Nu?f(Re,Pr)(8-2)空气横掠单管换热时,实验关联式为Nu?C?Ren?Pr13(8-3)在定常性温度下(tm),普朗特数Pr可视为常数,故 (3)简化为Nu?C?Ren(8-4)式中Nu—努谢尔数,Nu?hd?,Re—雷诺数,Re?Pr—普朗特数,ud,vC??C?Pr13?C?Pr(8-5)C,n—由实验确定的常数,13tm—定性温度由下式确定tmtw?tf??℃(8-6)?2上述公式中,d—外管径(m),
3、?—流体的导热系数(w/m·℃),u—流体在实验测试段中的流速(m/s),v—流体的运动粘度(㎡/s)。 3.实验关联式计算设y=lgNu,x=lgRe,在双对数坐标系下,公式(8-4)可写为y?n?x?lgC?(8-7)根据最小二乘法原理,常数lgC及n可按下式计算lgC???xy?x??y?xiiiii?1i?1i?1i?1NNNN2i??2x??i??N?xii?1?i?1?N2N(8-8)n=?x?y?N?xyiiii?1i?1i?1NNNNi??2x??i??N?xii?1?i?1?N2(8-9)式中N为实际工况测试点数(N=11或N=10)
4、。 4.实验参数计算 (1)空气流速u根据u=2g?介H?10?3?空m/s(8-10)2式中g—重力加速度,m/sH—微压计动压头(实测),(酒精柱高)?介—酒精密度(?介=0.89*103kg/m),33?空—空气密度(查表),kg/m (2)单管加热量QQ=UI单位W(8-11)式中U—实验管端电压(实测),I—实验管工作电流(实测)。 5.实验结果误差计算用均方根误差?可以反映实验点(x,y)与关联式代表线(y??n?x?lgC?)的平均偏差。 ???(yiNi?yi?)2,(8-12)N?1其中,N为测试点数(N=11或N=10)。
5、 6.对流换热的定义对流换热是指在温差存在时,流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。 7.牛顿冷却公式根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h。 即h?Q/A(tw?tf)?Q/A??tw/m2·K式中Q—空气横掠单管时总的换热量,W;A—空气横掠单管时单管的表面积,m2;tw—空气横掠单管时单管壁温℃;tf—空气横掠单管时来流空气温度℃;?t—壁面温度与来流空气温度平均温差,℃;8.影响h的因素1).对流的方式对流的方式有两种; (1)自然对流由流体冷、热各部分的密度不同,所引起的流动。 (2)强迫对流由外力(风机、水泵等)驱动的流体流动。
6、 2).流动的情况流动方式有两种;一种为雷诺数Re<2200的层流,另一种为Re>10000的紊流。 针对管内流动,当Re<2300时为稳定层流;Re>1×104时为旺盛紊流;2300<Re<1×104时则为不稳定的过渡段。 Re—雷诺数,Re?ud,v雷诺数Re的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。 上述公式中,d—外管径(m),u—流体在实验测试段中的流速(m/s),v—流体的运动粘度(㎡/s)。 3).物体的物理性质流体物性参数有比热容,导热系数,运动粘度,动力粘度,导热率,普朗特数,需要在定性温度下测得物性参数。 定性温
7、度是指某种介质(冷介质或热介质)在求物性参数时使用的温度,如果介质粘度不大,取进出口温度的算术平均温度,如果粘度较大,可加权平均。 Pr—普朗特数,Pr=其中?为热扩散率,v为运动粘度,μ为动力粘度;cp为等压比热容;k为热导率;普朗特数的定义是运动粘度与导温系数之比4)流体有无相变:发生流体集态改变(或相变),如液体受热沸腾或蒸汽遇冷凝结的对流换热过程,称为相变换热。 相变换热较强烈。 冷结流体降温到一定温度时出现的固化现象,在流体从液态开始转化为固态到完全转化为固态期间流体温度不变,如下图为冷结的流体持续加热温度变化,B点时开始溶解,C点完全转
8、化为液体。 ?=cpμ/k?沸腾是指流体受热超过其饱和温度时,在流体内部和表面
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