实验二 横管自然对流传热规律实验研究.pdf

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1、实验二横管自然对流传热规律实验研究一、实验目的1．了解空气沿横管表面自然对流传热规律的实验研究方法，巩固课堂上学过的传热学知识。2．测定横管的自然对流传热系数h。3．通过数据处理，整理出自然对流传热准则方程式。二、实验原理对横管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量为总热量与辐射热换量之差，即：44TwTcr,chA(twt),rC0A100100IV(W)44hrIVC0TwTA(twt

2、)A(twt)A(twt)twt100100式中：一加热功率,W；一辐射换热量,W；r一对流换热量,W；c一管表面黑度；24C一黑体的辐射系数；C5.67（W/m·K）00t一管壁平均温度,℃；wt一室内空气温度,℃；2A一管表面积，m；2h一自然对流传热系数,W/(m·℃)；根据相似理论，对于自然对流传热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数，可表示成：nNuC(GrPr)其中C、n是通过实验所确定的常数。为了确定上述关系式的具体形式，根据所测的数据，求出准则数：1hdNu3

3、gtdGr2tt式中，Pr、α、λ、ν为空气的物性参数，由定性温度t从教科书中查出。w，mtm21d为定型尺寸,取管外径，ttt；。t为横管平均壁温，取各测点温度平均wwTmttt12n值，即t。wn测出稳定状态下四根横管的管壁温度、加热功率和空气温度，即可求得4组Nu、Gr·Pr数，把4组数据取对数绘在直角坐标纸上,得到以lnNu为纵坐标，以ln(Gr·Pr)为横坐标的一系列点，画一条直线，使大多数点落在这条直线上或周围，根据：lnNulnCnln(GrPr),这条直线的斜率即为n，截距为ln

4、C。因此可以求出常数C和n。三、实验装置及测量仪表实验装置有实验管(四种类型)，支架、测量仪表电控箱等组成。(见简图)实验装置示意图实验管内有加热丝，通一恒定电流可加热，产生的热量通过自然对流传热、辐射传热和轴向导热向周围传递，由于管长径比较大，轴向导热可忽略不计，只考虑自然对流传热、辐射传热，为了减少辐射传热量，管壁采用电镀，使其黑度系数减小，辐射传热量的比例减小，在总加热功率中减掉辐射传热量，则是自然对流传热量。经过一段时间后，管壁温度趋于稳定，实验管上有热电偶安装在管壁上，可以测出出管壁的温度，由安装在电控箱上的测温数2显表通过转换

5、开关读取温度值。电加热功率则可用数显电压表、电流表读取，并计算出加热功率。四、实验步骤1．熟悉实验装置的组成、各部分的作用、测量线路和加热线路。2．实验装置已提前加热基本趋于稳定，实验时不要调节加热电压。3．开始测量各参数。管壁温度通过数显仪表和按键开关依此测量，其中1#、2#管有6个测温点，3#、4#管有4个测温点，室内空气温度t用数显温度计测量，加热电流和加热电压直接从数显仪表上读取。4．间隔20分钟再测一次，若两次数据误差小于1%，则说明达到稳态，即不再测量。用最后一次测的数据进行数据处理。若误差较大，可过20分钟再测一次。5．测

6、量完结束实验，但不要关闭电源，以备后面的同学进行实验。6．测试数据记录表按表测量管壁温度tw1,Tw2,tw3…twn室内空气温度t∞、电流I、电压V。记录在表中。管壁各点温度twi空气平均加热电加热电管测量（℃）温度壁温流I压V号次数tw1tw2tw3tw4tw5tw6t∝tw（A）（V）11#212#213#214#2五、实验数据处理1．已知数据管号管径d(m)管长l(m)黑度ε1#0.081.60.112#0.061.20.153#0.040.80.1534#0.020.50.152．数据处理(1)计算加热的热量Φ=IV（W)、平均

7、壁温、定性温度，定性温度取管壁温度和空气温tt度的平均值tw。m2(2)计算自然对流传热系数44rIVC0TwThA(twt)A(twt)A(twt)twt100100(3)查出物性参数在教科书的附录中查得空气的导热系数λ、热膨胀系数β、运动粘度ν和普朗特数Pr。(4)整理准则方程四根管的数据代入准则方程，可求出四组Nu、GrPr的数值，取对数后绘在直角坐标纸上，以lnNu为纵坐标,ln(Gr·Pr)为横坐标。把数据点连成一条最佳的直线，求出直线的斜率n和截距

8、lnC，再反求出C。即可求出准则方程式：nNuC(GrPr)六、实验报告要求1．实验目的、原理、步骤、原始数据及数据处理结果。2．作出直线，求出直线的斜率n和截距lnC，得到准则方程式的常