自然對流放熱系數(shù)的測定第1頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理對銅管進(jìn)行電加熱，熱量應(yīng)是以對流和輻射兩種方式來散發(fā)的，所以對流換熱量與輻射換熱量之差，即Q=Qr+Qc=IV[W](1) Qc=αF（tw－tf）[W](2)[w/㎡.℃](3)Q─換熱量[W]；Qr─輻射換熱量[W]；Qc─對流換熱量[W]；I—加熱電流[A]；V—加熱電壓[V]；α─自由運(yùn)動(dòng)放熱系數(shù)[w/㎡.℃]；F─園管表面積[㎡],F=πdL,d與L分別為園管的外經(jīng)和長度；tw─園管表面平均溫度[℃]；tf─室內(nèi)空氣溫度[℃]；第2頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理（4）ε─試管表面黑度Ce─黑體的輻射熱系數(shù)Tw─管壁平均溫度Tf─室內(nèi)空氣溫度根據(jù)相似理論，對于自由對流放熱，努謝爾特?cái)?shù)Nu是葛拉曉夫數(shù)Gr、普朗特?cái)?shù)Pr的函數(shù)即：Nu=f(Gr×?Pr)可表示成Nu=c(Gr×Pr)n（5）定性溫度為流體與壁面的平均溫度，定性尺寸為管子直徑。其中c、n是通過實(shí)驗(yàn)所確定的常數(shù)。第3頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理為了確定上述關(guān)系式的具體形式，根據(jù)所測數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果求得準(zhǔn)則數(shù)：Nu=ad／λGr=VBd3／ν2Pr、B、λ、ν物性參數(shù)由定性溫度從教科書中查出。改變工況（加熱量），可求得一組準(zhǔn)則數(shù)，把幾組數(shù)據(jù)標(biāo)在對數(shù)坐標(biāo)紙上得到以Nu為縱坐標(biāo)、以Gr、Pr為橫坐標(biāo)的一系列點(diǎn)，畫一條直線，使大多數(shù)點(diǎn)落在這條直線上或周圍，根據(jù)：lgNu=lgc+nlg(Gr×Pr)即Y=A+nX（6）第4頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)原理圖一、確定參數(shù)之間指數(shù)關(guān)系圖這條直線的斜率即為n,n=tgφ—直線與橫坐標(biāo)之間夾角φ的正切。截距為c。實(shí)驗(yàn)曲線可以用式（3）表示。C值還可以通過曲線上任一點(diǎn)與Nu與(Gr×?Pr)的數(shù)值計(jì)算出來，即

第5頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六三、實(shí)驗(yàn)裝置及測量儀表實(shí)驗(yàn)裝置如圖二：該裝置有實(shí)驗(yàn)管（四種類型），實(shí)驗(yàn)管內(nèi)裝有電加熱器，兩端裝有絕熱蓋，計(jì)算中略去軸向熱損失。實(shí)驗(yàn)管上有熱電偶嵌入管壁，使用電位差計(jì)可測量出管壁的熱電勢，從而計(jì)算外表面溫度tw；圖二、實(shí)驗(yàn)管段構(gòu)造示意圖1．加熱導(dǎo)線2.接線柱3.絕熱蓋4.絕緣法蘭5.絕熱泡沫墊6.絕熱體7.實(shí)驗(yàn)管8.管腔9.加熱管10.熱電偶第6頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六三、實(shí)驗(yàn)裝置及測量儀表測量儀表控制箱內(nèi)有穩(wěn)壓器可穩(wěn)定輸入電壓，使加入管的熱量保持一定，并設(shè)置電流調(diào)節(jié)裝置以改變加熱電流從而改變實(shí)驗(yàn)管壁面溫度。電壓、電流表測定電加熱器的電壓和電流,電加熱功率Q=IV。1.d1=80mm測溫琴鍵開關(guān)2.d2=60mm測溫琴鍵開關(guān)3.d3=40mm、d4=20mm測溫琴鍵開關(guān)4.測溫管段轉(zhuǎn)換琴鍵開關(guān)5.加熱接線柱(4對)6.數(shù)顯溫度計(jì)7.熱電偶接線柱(32對)8.數(shù)顯溫度計(jì)采集—電位差計(jì)采集溫度轉(zhuǎn)換開關(guān)9.電壓表10.電流表12.13.14.15對應(yīng)于四根實(shí)驗(yàn)管的加熱開關(guān)16.17.18.19對應(yīng)于四根實(shí)驗(yàn)管的加熱調(diào)節(jié)旋鈕20.21電位差計(jì)接線柱(1對)第7頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按電路圖接好線路，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后接通電源；2、調(diào)整調(diào)壓器，對試驗(yàn)管加熱；3、穩(wěn)定六小時(shí)后開始測管壁溫度，記下數(shù)據(jù)；4、間隔半小時(shí)再記一次，直到兩組數(shù)據(jù)接近為止；5、把兩組接近的數(shù)據(jù)取平均值，作為計(jì)算依據(jù)；6、記下半導(dǎo)體溫度計(jì)指標(biāo)的空氣溫度；7、經(jīng)指導(dǎo)教師同意，將調(diào)壓器調(diào)整回零位，切斷電源。第8頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理1、已知數(shù)據(jù)：管徑d1=80mm1200Wd2=60mm800Wd3=40mm600Wd4=20mm300W管長L1=2000mmL2=1600L3=1200mmL4=1000mm實(shí)驗(yàn)時(shí)必須實(shí)際測量！C0=5.669w／m2k4黑度ε1=0.11ε2=ε3=ε4=0.152、測試數(shù)據(jù)：管壁熱電勢mv1mv2……mvn室內(nèi)空氣溫度tf電流I、電壓V第9頁，共11頁，2023年，2月20日，星期六五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理3、整理數(shù)據(jù)：所測根據(jù)熱電勢標(biāo)出平均值mvm×(mv1+mv2+┄┄+mvn)／n查出對應(yīng)的溫度tw,計(jì)算加熱器的熱量Q=I×V（W）A、求對流放熱系數(shù)B、查出物性參數(shù)定性溫度取空氣邊界層平均溫度tm=1／2(tf－tw)，在教材的附錄中查得空氣的導(dǎo)熱系數(shù)λ、熱膨脹系數(shù)β、運(yùn)動(dòng)粘度ν、導(dǎo)熱系數(shù)λ和普朗特系數(shù)Pr。C、用標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算對流換熱系數(shù)α′α′=0.53(Pr×Gr)3／4求相對誤差(α－α′)／α′D、以班組為單位整理準(zhǔn)則方程把求得的有關(guān)數(shù)據(jù)代入準(zhǔn)則中可得準(zhǔn)則式，把對應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)在對數(shù)坐標(biāo)上，幾組數(shù)據(jù)可標(biāo)得