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1、传热学传热学实验名称实验名称：强迫流动单强迫流动单管管外放热系数测定管管外放热系数测定 中原工学院中原工学院Zhongyuan University of Technology主要内容实验目的实验属性实验仪器及设备实验要求实验原理实验步骤数据记录处理一、实验目的一、实验目的了解对流放热的实验研究方法；了解对流放热的实验研究方法；测定空气横向流过单管表面的平均放测定空气横向流过单管表面的平均放热系数，实验数据整理成准则方程式；热系数，实验数据整理成准则方程式；学习测量风速、温度的基本技能。学习测量风速、温度的基本技能。二、实验属性二、实验属性综合性实验综合性实验 本实验涉及对流换热微分方程及边界
2、条本实验涉及对流换热微分方程及边界条件，相似原理和对流换热实验关联式等件，相似原理和对流换热实验关联式等内容内容三、实验仪器与设备三、实验仪器与设备本对流实验在一本对流实验在一实验风洞实验风洞中进行。中进行。实实验验风风洞洞主主要要由由风风洞洞本本体体， 风风机机， 构构架架，实实验验管管及及其其加加热热器器，水水银银温温度度计计，倾倾斜斜式式微微压压计计，毕毕托托管管，电电位差计，电流表，电压表以及调压变压器组成。位差计，电流表，电压表以及调压变压器组成。图图1 实验风洞简图实验风洞简图1.双扭曲线进风口；双扭曲线进风口；2.蜂窝器；蜂窝器；3.整流金属网；整流金属网；4.第一测试段；第一测
3、试段；5.实验段；实验段；6.第二测试段；第二测试段；7.收缩段；收缩段；8.测速段；测速段；9.橡皮连接管；橡皮连接管；10.风机；风机；11.毕托管毕托管四、实验要求四、实验要求l实验前应预习实验报告。实验前应预习实验报告。l实验开始前，认真准备。在启动设备之前，须经指导教实验开始前，认真准备。在启动设备之前，须经指导教师检查认可。师检查认可。l实验结束时，实验数据要经指导教师审阅、签字，整理实验结束时，实验数据要经指导教师审阅、签字，整理好实验现场。好实验现场。l实验完成后应按学校对实验报告的格式、纸张要求写出实验完成后应按学校对实验报告的格式、纸张要求写出实验报告。实验报告。五、实验原
4、理五、实验原理流体横掠单管表面时流体横掠单管表面时式中式中c c、n n、 m m均为常数，由实验确定均为常数，由实验确定, , 雷诺准则雷诺准则 普朗特准则普朗特准则 Num努谢尔特准则努谢尔特准则本本实验实验的任的任务务：确定：确定c 和和 n 的数的数值值。首先使首先使空气流速一定空气流速一定，然后，然后测测定：定：电电流流I I 、电压电压V V、管壁温度、管壁温度 、空气温度空气温度 、 微微压计动压头压计动压头h ，计计算求得算求得 ，物性参数，物性参数查资查资料。料。得到得到 ，改，改变变空气流速，就可得到一系列的空气流速，就可得到一系列的实验实验数据数据 。 本实验流体为本实验
5、流体为空气空气故准则式可化成：故准则式可化成： 六、实验步骤六、实验步骤1将毕托管与微压计连接好，校正零点；连接热电偶与电位差计，再将加热器、电将毕托管与微压计连接好，校正零点；连接热电偶与电位差计，再将加热器、电流表、电压表以及调压变压器线路接好，老师检查无误后，准备启动风机。流表、电压表以及调压变压器线路接好，老师检查无误后，准备启动风机。2在风机出口挡板关闭下，让风机空载启动，然后据需要开启出口挡板，调节风量。在风机出口挡板关闭下，让风机空载启动，然后据需要开启出口挡板，调节风量。3在调压变压器指针位于零位时，加热实验管，据需要调整变压器，使其在某一定在调压变压器指针位于零位时，加热实验
6、管，据需要调整变压器，使其在某一定热负荷下加热，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势在三分钟内保持读数不变，即认为已热负荷下加热，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势在三分钟内保持读数不变，即认为已达稳定）后，开始记录热电势、电流、电压、空气进出口温度及微压计的读数，电压不达稳定）后，开始记录热电势、电流、电压、空气进出口温度及微压计的读数，电压不得超过得超过180V 。4一定热负荷下，调整风量来改变一定热负荷下，调整风量来改变Re大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压头、空气进出口温度以及电位依次调节风机出口挡板
7、，在各个不同的开度下测得其动压头、空气进出口温度以及电位差计的读数，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。（测温热电偶为镍铬差计的读数，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。（测温热电偶为镍铬-镍硅热镍硅热电偶，分度号为电偶，分度号为K）5不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压变压器改变电加热器功率，重复上述实不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压变压器改变电加热器功率，重复上述实验步骤即可。验步骤即可。6实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后（约实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后（约5分钟）再停止风机。分钟）再停止风机。 七、实验数据处理七、实验数据处理1.1.壁面对流换
8、热平均表面传热系数壁面对流换热平均表面传热系数电加热器所产生的总热量，除以对流方式由管壁传给空气外，电加热器所产生的总热量，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方式传出去的，因此，对流放热量还有一部分是以辐射方式传出去的，因此，对流放热量 （W） （W）根据牛顿公式根据牛顿公式, ,壁面平均对流放热系数为壁面平均对流放热系数为 采用采用U U型斜管压力计测得的动压头为型斜管压力计测得的动压头为h,h,则由能量方程式：则由能量方程式：2.空气的流速计算由于上式所得流速是测速截面处的流速，而准则式中的流速由于上式所得流速是测速截面处的流速，而准则式中的流速是指流体流过实验管最窄截面的流
9、速，由连续方程：3.确定准则方程式： 将数据代入，得到准则数，即可在Num为纵坐标，以Rem为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连接起来，因所以有：按照最小二乘法，指数n、系数c按下式计算对于单管管外放热教材推荐准则式为：对于单管管外放热教材推荐准则式为： （1103Re2Re2105 , Pr=0.7）原始数据记录表原始数据记录表一、已知实验数据实验管管径D（m）实验管管长L （m）换热面积Fm （m2）测试管段截面（ 15080）mm2实验管段截面（ 450150）mm2实验管黑度0.65绝对黑体辐射系数C05.68热电偶冷端温度实验台号：实验台号：原始数据记录表（续）原
10、始数据记录表（续）二、实验测试数据二、实验测试数据测试项目测试项目单位单位第一次第一次第二次第二次第三次第三次进口空气温度进口空气温度tf换热管后空气温度换热管后空气温度tc管壁温度管壁温度tw1mv管壁温度管壁温度tw2mv管壁温度管壁温度tw3mv管壁温度管壁温度tw4mvU型管压力计系数的型管压力计系数的倒数倒数=K动压测试值动压测试值hmmH2O加热电压值加热电压值VV加热电流值加热电流值IA教师签字：教师签字：实验测试数据计算结果表格实验测试数据计算结果表格实验测试数据整理结果实验测试数据整理结果测试项目测试项目单位单位第一次第一次第二次第二次第三次第三次进口空气温度进口空气温度tf换热管后空气温度换热管后空气温度tc管壁平均电势管壁平均电势twmv管壁温度管壁温度tw定性温度定性温度td动压测试值动压测试值h0.5mmH2O辐射换热量辐射换热量QW电加热功率电加热功率W强迫对流换热量强迫对流换热量W测速段空气流速测速段空气流速m/s 表面传热系数表面传热系数W/m2k 雷诺数雷诺数实测努谢尔特数实测努谢尔特数式式Nu=0.26Re0.6计算值计算值
