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1、实验十三 具有对流换热条件的伸展体传热特性试验一、实验目的与要求目的：通过实验和对实验数据的分析，深入了解伸展体传热的特性，并掌握求解具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。要求：1、测出一定条件下，导体内不同截面的过余温度值；2、用测得的不同X位置过余温度数据，求实验条件下的m值及值；3、根据实验条件，求得的m值，用分析公式计算过余温度分布，过余温度最低值处的位置及其值，并于实测结果比较。二、实验原理具有对流换热的等截面伸展体，当长度与横截面之比很大时（常物性），其导热微分方程式为： 式中：过余温度= t-tf（）；t伸展体温度（）；tf伸展体周围介质的温度（）；空气对壁面的换热系数（W/m
2、2）；U伸展体周长，本试验中U=d0（m）；f 伸展体截面积，本试验中（m2）；导热微分方程式的通解为：（1）或：（2），可由边界条件确定。二端为第一类边界条件时X=0 X=L 代入（2）得： （3）则： （4）（5）（6）过余温度最低点的位置Xmin由求得；式（4）中： 即 得 由此得到 得： Xmin=（7）X=0处导热量 （8）X=L处导热量（9）伸展体总散热量（10）由中点及二端的过余温度 即：X=0 X=L 可求得对应于伸展体工作条件下的m值，利用（3）式（11）因：则（11）式成为：（12）三、实验仪器风道、风机、试验元件、主付加热器、测温热电偶等。详见装置系统图如下。图1 实验装
3、置的系统简图 1、风机 2、风道 3、等截面伸展体 4、主加热器 5、测温热电偶 6、付加热器 7、热电偶拉杆及标尺 8、热电偶冷端 9、电位差计 10、电压表 11、风机转换开关 12 调压变压器四、实验内容与步骤试件是一紫铜管，放置在一风道中，由风机和风道造成空气均匀横向流过管子表面的对流换热条件，管子表面各处的换热系数基本上相同，管子两端有加热器，以维持两端处于所要求的温度状况，这样就构成两端处于某温度下，中间具有对流换热条件的等截面伸展体。为了测量铜管沿长度方向的温度分布，在管内安装有可移动的热电偶测温头，其冷端就放置在空气中，这样通过UJ-36电位差计测出的热电势，就放映了管子各截面
4、的过余温度，其相应的位置由带动热电偶测温头的滑动块在标尺上读出。管子两端的加热器，通过调压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。为了改变空气对管壁的换热条件，风机的工作电压亦相应的可做调整，以改变空气流过管子表面的速度。试件的基本参数：管子的外径d0=11.5mm 管子的内径 di=10.0mm管子长度 L=200mm 管子的导热系数 =398w/m、检查并熟悉实验装置的各部分，要求掌握UJ-36电位差计的使用方法。、先开风机。然后调整主付加热器的变压器，使其在某功率下工作（注意：加热器电压不得超过125V，否则会将设备烧坏）。、待加热器温度稳定后，在逐点测量沿X方向不同位置处的电势值，测
5、温头每移动一个位置，都要待温度稳定后再读数。然后将数据填入表1。、实验完毕后，先将主付加热器的变压器调回“0”位，然后再关风机。表1 实验所测数据测量点12345678910坐标位置x(mm)020406080100120140160170热电势(mV)过余温度()注：测温头所采用的为铜康铜热电偶，当热端温度在150以下时，其热电势输出近似为0.040mV/，而这对本实验已足够准确。五、数据处理与分析由式（3）可知所得的过余温度分布与某一m值对应。由于试验件的u、f、是定值，因此，过余温度分布也就是与试验条件中的换热系数对应。如何由试验数据求得所对应的m值？可采用任选三点a，b，c，符合XaX
6、bXc，即b为a，c的中点。则可用 L= Xc-Xa代入下式求得m值将选取不同的a，b，c三点及算出的m、值列入表2。表2试点值L(m)()()()m(1/m)(w/m2)1、4、70.122、5、80.123、6、90.12认为沿管长换热系数相等，因此，可取m、的平均值，用公式(3)计算坐标X=0到X=0.17各点的过余温度值列入表3。由式(7)可计算过余温度最低点的位置Xmin，并将其代入式(3)即可求过余温度最低值。同时按式(8)、(9)、(10)可分别计算管内两端的传热量及总传热量。表3x(mm)020406080100120140160170()将实验值所测与理论计算的各点的过余温度绘入下图。六、注意事项1、调整加热器功率时须注意两端温度不要过高，以免烧坏测温部件。加热电压一般取V100伏为宜。2、实验结束后，先将调压变压器输出调到零，待试件降温至常温后再关掉风机，以免烧坏实验装置。七、思考题将实验值与理论值进行比较，讨论一下误差产生的原因。
