強(qiáng)迫對流管簇管外放熱系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.作為綜合性實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)涉及較多課程知識，測量參數(shù)多，如風(fēng)速、功率、溫度以及計(jì)算機(jī)的基本操作，可考查學(xué)生的綜合能力。2.測量空氣橫向流過單管表面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式。3.學(xué)習(xí)測量風(fēng)速、溫度、熱量的基本技能，了解對流放熱的實(shí)驗(yàn)研究方法。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)相似理論，流體受迫外掠物體時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h與流速、物體幾何形狀及尺寸、流體物性間的關(guān)系可用下列準(zhǔn)則方程式描述：Nf(R,P)uer實(shí)驗(yàn)研究表明，流體橫向單管表面時(shí)，一般可將上式整理成下列具體的指數(shù)形式;NCRnPnumemrm式中：c,n,m均為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定N努謝爾特準(zhǔn)則umNhdummR雷諾準(zhǔn)則emdRemmP普朗特準(zhǔn)則rmnPrmm上述各準(zhǔn)則中d實(shí)驗(yàn)管外徑，作定性尺寸(米)流體流過實(shí)驗(yàn)管外最窄面處流速；（m/s)流體導(dǎo)熱系數(shù)（W/mK)流體導(dǎo)溫系數(shù)(m2/s)流體運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s)1

h表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(W/m2K)準(zhǔn)則角碼m表示用流體邊界層平均溫度t1(tt)作定性溫度。2mwf簽于實(shí)驗(yàn)中流體為空氣，P=0.7，故準(zhǔn)則式可化成：rmNCRnumem本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)在于確定c與n的數(shù)值，首先使空氣流速一定，然后測定有關(guān)的數(shù)據(jù)：電流I、電壓V、管壁溫度t、空氣溫度t微壓計(jì)動(dòng)壓頭H。至于表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h和流wf速在實(shí)驗(yàn)中無法直接測得，可通過計(jì)算求得，而物性參數(shù)可在有關(guān)書中差得。得到一組數(shù)據(jù)后，可得一組R、N值，改變空氣流速，又得到一組數(shù)據(jù)，再得一組N、R值，euue改變幾次空氣流速，就可得到一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：本對流實(shí)驗(yàn)在一實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞主要由風(fēng)洞本體、風(fēng)機(jī)、構(gòu)架、實(shí)驗(yàn)管及其加熱器、水銀溫度計(jì)、傾斜式微壓機(jī)、畢托管、電位差計(jì)、電流表、電壓表以及調(diào)壓變壓器組成。由于實(shí)驗(yàn)段前有兩段流整，可使進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段前的氣流穩(wěn)定。畢托管置于測速段，測速段截面教實(shí)驗(yàn)段小，以使流速提高，測量準(zhǔn)確。風(fēng)量由風(fēng)機(jī)出口擋板調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中安裝了一根實(shí)驗(yàn)管，管內(nèi)裝有電加熱器作為熱源，管壁嵌有四對熱電偶以測壁溫。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.將畢托管與微壓計(jì)連接好、校正零點(diǎn)；連接熱電偶與電位差計(jì)，再將加熱器、電2

流表、電壓表以及調(diào)壓變壓器線路連接好，指導(dǎo)教師檢查確認(rèn)無誤后，準(zhǔn)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。2.在關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口擋板的條件下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，讓風(fēng)機(jī)空載啟動(dòng)，然后根據(jù)需要開啟出口擋板，調(diào)節(jié)風(fēng)量。3.在調(diào)壓變壓器指針位于零位時(shí)，合電閘加熱實(shí)驗(yàn)管，根據(jù)需要調(diào)整變壓器，使其在某一熱負(fù)荷下加熱，并保持不變，使壁溫達(dá)到穩(wěn)定（壁溫?zé)犭娕茧妱菰谌昼妰?nèi)保持讀數(shù)不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)）后，開始記錄熱電勢、電流、電壓、空氣進(jìn)出口溫度及微壓計(jì)的讀數(shù)，所以電壓不得超過180伏。4.在一定熱負(fù)荷下，通過調(diào)整風(fēng)量來改變R，數(shù)的大小，因此保持調(diào)壓變壓器的輸出電壓不變，依次調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口擋板，在各個(gè)不同的開度下測得其動(dòng)壓，頭空氣進(jìn)、出口溫度以及電位差計(jì)的讀數(shù)，即為不同風(fēng)速下，同一熱負(fù)荷時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5.不同熱負(fù)荷條件下的實(shí)驗(yàn)，僅需利用調(diào)壓變壓器改變電加熱器功能、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟即可。6.實(shí)驗(yàn)完畢后，先切斷實(shí)驗(yàn)管加熱器電源，待實(shí)驗(yàn)管冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理計(jì)算1壁面平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h電加熱器所產(chǎn)生的總熱量，除以對流方式由管壁傳給空氣外，還有一部分是以輻射方式傳出去的，因此對流放熱量為cIVrcrT4fT4rCAw1001000輻射換熱量r試管表面黑度C絕對黑體輻射系數(shù)0T管壁面的平均絕對溫度wT流體的平均溫度。fA管表面積根據(jù)牛頓公式，壁面平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為3

c(tt)Ah(W/m2K)wf2.空氣流速的計(jì)算采用畢托管在測速段截面中心點(diǎn)進(jìn)行測量，由于實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞測速段分布均勻，因此不必進(jìn)行截面速度不均勻的修正。若采用傾斜式微壓測得的動(dòng)壓頭為H,則由能量方程式：PuP220而PP(rr)H空1r2gr21m空空2gH(）酒空2g2g（rr）u（PP)=測H=mr空空r空21空式中：微壓計(jì)酒精的密度；0.81103kg/m3酒空氣的密度，根據(jù)空氣的空H動(dòng)壓頭，用液壓高表示。由上式計(jì)算所得的流速是測速截面處的流速，而準(zhǔn)則式中的流速W是指流體流過試驗(yàn)管最截面的流速，由連續(xù)性方程：UAu（ALdn)測測試試uA測ALdnu試測試式中：A測速外流道截面積；m2測A15080mm測2A放試管處流道截面積；m2試A450150mm試2L試驗(yàn)管有效管長；L450mmd試驗(yàn)管外徑；d40mmn試驗(yàn)管數(shù)；n1u測速處流體流速；m/s測4

u試驗(yàn)管截面處流速；m/s試3.確定準(zhǔn)則方程式將數(shù)據(jù)代入，得到準(zhǔn)則數(shù)，即可在N為縱坐標(biāo)，以R為橫坐標(biāo)的常用對數(shù)坐標(biāo)umem圖上，得到一些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，然后用直線連起來，因lgNlgCnlgRumemlgC為直線的截距，n為直線的斜率，取直線上的兩點(diǎn)nlgNlgNCNuRnu2lgRlgRe2u1e1e即可得出具體的準(zhǔn)則方程式NCRnue六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.實(shí)驗(yàn)原理2.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)整理3.做出NCRn圖線ue4.誤差分析。5

附表1數(shù)據(jù)記錄表出微壓計(jì)實(shí)驗(yàn)管壁面溫度3入口氣溫度℃入微124出口溫度℃壁溫平均值℃口平均溫度℃傾電電流壓AV壓計(jì)讀數(shù)mv序號角比值K讀溫讀溫讀溫讀溫?cái)?shù)度數(shù)度數(shù)度數(shù)度mv℃mv℃mv℃mv℃12346

附表2數(shù)據(jù)整理輻射換對流放微壓計(jì)動(dòng)壓頭H測速段流試驗(yàn)段流速u測表