強(qiáng)迫流動(dòng)單管管外放熱系數(shù)測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈱?duì)流放熱的實(shí)驗(yàn)研究方式；學(xué)習(xí)測(cè)量風(fēng)速、溫度及熱量的大體技術(shù)；測(cè)定空氣橫掠單管表面的平均放熱系數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)測(cè)方程二、 實(shí)驗(yàn)原理依照牛頓冷卻定律公式，壁面平均放熱系數(shù)h，可由下式計(jì)算：h=——2—— [W/m2°C] (5-1)A(t-tf)式中：Qc：對(duì)流放熱量，w；F:實(shí)驗(yàn)管有效放熱面積，m2；tw:實(shí)驗(yàn)管壁面平均溫度，°C；tf:實(shí)驗(yàn)管流體平均溫度，C。依照相似理論，流體受迫外掠物體的放熱系數(shù)h與流速u、物理幾何尺寸及流體的物性等因素有關(guān)，可整理成下述準(zhǔn)那么方程式：Nu=CRenPrm (5-2)由于本實(shí)驗(yàn)中，流體為空氣，Pr=常數(shù)，故式5-2可簡(jiǎn)化為：Nuf=CRen (5-3)式中：Nu:努賽爾特準(zhǔn)那么，Nuf=算；fudRe：雷諾準(zhǔn)那么，Re=;VfD：實(shí)驗(yàn)管外徑，m；u：流體流過實(shí)驗(yàn)段最窄截面處的流速，m/s；?：流體導(dǎo)熱系數(shù)，w/mC；vf：流體運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。準(zhǔn)那么中的角標(biāo)“f”表示用流體的邊界層的平均溫度tf作為定性溫度。本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是測(cè)定Nu和Re準(zhǔn)那么中所包括的各物理量，如t、u、d、vf、入f，用公式5-1計(jì)算出h，組成準(zhǔn)那么，然后通過數(shù)據(jù)處置，求得C與n值，從而成立準(zhǔn)那么方程式5-3。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備本對(duì)流放熱實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞要緊由有機(jī)玻璃風(fēng)洞本體、構(gòu)架、風(fēng)機(jī)、實(shí)驗(yàn)管、電加熱器及熱工儀表（包括水銀溫度計(jì)、傾斜微壓計(jì)、皮托管、電位差計(jì)（或溫度顯示儀表）、電流表、電壓表（或功率表）和調(diào)壓變壓器）組成（圖1）。風(fēng)洞本體包括：雙扭曲線進(jìn)風(fēng)口、蜂窩器、金屬網(wǎng)、第一測(cè)試段、實(shí)驗(yàn)段、第二測(cè)試段、收縮段、測(cè)速段、擴(kuò)大段等。由于實(shí)驗(yàn)段前有兩段整流，可使進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段前的氣流穩(wěn)固，而測(cè)速段的截面積較實(shí)驗(yàn)段小，以使流速提高，可提高測(cè)速的準(zhǔn)確性，風(fēng)量由風(fēng)機(jī)出口擋板調(diào)劑（或由風(fēng)機(jī)變頻器操縱調(diào)劑）。圖1實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞簡(jiǎn)圖1.雙扭曲線進(jìn)風(fēng)口；2.蜂窩器；3.測(cè)試段；4.收縮段；5..測(cè)速段；6.擴(kuò)大段；7.橡皮接管；8.風(fēng)機(jī)在實(shí)驗(yàn)段中裝有一根實(shí)驗(yàn)管，銅管管壁嵌有4對(duì)熱電偶以測(cè)壁溫，管內(nèi)裝有電加熱器以作為熱源。實(shí)驗(yàn)管電路及測(cè)量系統(tǒng)示于圖2。圖2實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞簡(jiǎn)圖1.實(shí)驗(yàn)管；2.電加熱器；3.測(cè)溫?zé)犭娕迹?.轉(zhuǎn)換開關(guān)；5.電位差計(jì)（或溫度顯示儀表）;6.冰水溶液保溫瓶；7.電流表；8.電壓表；9.變壓器四、 實(shí)驗(yàn)步驟先將皮托管與微壓計(jì)，熱電偶與電位差計(jì)（或溫度顯示儀表）連接好并校正零點(diǎn)。連接電加熱器、電流表、電壓表（或功率表）及調(diào)壓變壓器線路。經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，預(yù)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。在關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口擋板的條件下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，然后依如實(shí)驗(yàn)要求開啟風(fēng)機(jī)出口擋板，調(diào)劑風(fēng)量（或變頻器輸出由低向高調(diào)劑）。在調(diào)壓變壓器指針位于零位的條件下，合電閘加熱實(shí)驗(yàn)管。依照需要調(diào)劑變壓器，使其在某必然熱負(fù)荷下工作，至壁溫達(dá)到穩(wěn)固（壁面熱電勢(shì)在3分鐘和維持讀數(shù)不變，即能夠?yàn)檫_(dá)到穩(wěn)固狀態(tài)）后，開始記錄熱電偶電勢(shì)（溫度）、電流、電壓（或功率）、空氣進(jìn)出口溫度和傾斜式微壓計(jì)讀數(shù)。在測(cè)量風(fēng)壓時(shí)，假設(shè)微壓計(jì)液柱上下擺動(dòng)，說明風(fēng)壓不穩(wěn)固，這時(shí)可取平均值。本實(shí)驗(yàn)在必然熱負(fù)荷下通過調(diào)整風(fēng)速來改變Nu數(shù)和Re數(shù)的數(shù)值。為此維持電流、電壓為定值，依次調(diào)劑風(fēng)機(jī)出口擋板（或變頻器調(diào)劑旋鈕），在各個(gè)不同的開度下測(cè)得其動(dòng)壓頭、空氣進(jìn)出口溫度、電流表、電壓表（或功率表）、電位差計(jì)（或溫度顯示儀表）的讀數(shù)，即為在不同風(fēng)速下，同一熱負(fù)荷時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。不同熱負(fù)荷條件下的實(shí)驗(yàn)，僅需利用調(diào)壓器改變電加熱功率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟即可實(shí)驗(yàn)完畢后，先切斷實(shí)驗(yàn)管加熱電源，待實(shí)驗(yàn)管冷卻后再停風(fēng)機(jī)。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)進(jìn)出口溫度站和上的測(cè)量：別離采納玻璃管溫度計(jì)在風(fēng)洞入口和實(shí)驗(yàn)段出口處進(jìn)行。流速u的測(cè)量：采納皮托管在測(cè)速段截面中心點(diǎn)進(jìn)行。由于測(cè)速截面流速散布均勻，因此沒必要進(jìn)行截面速度不均勻度的修正。測(cè)量速段流速u’的計(jì)算：u'=：2gHP液—P氣X0.001[m/s] （5-4）P氣5-4式中：p液：微壓計(jì)中液體的密度，kg/m3；p氣：空氣的密度，kg/m3；H：動(dòng)壓頭，用下式計(jì)算：H=X（sinp+具） （5-5）F2式中：X：微壓計(jì)讀數(shù)，mm；P：微壓計(jì)指示尺的傾角；F],F2:管子和寬廣容器的截面積;

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"k：微壓計(jì)的常數(shù)因子，表示為：k=p(sinp+W)x0.001 (5-6)液 F2如此u’可用下式計(jì)算：u'=：2gXk (5-7)*p氣X，°，k示于圖3。由式5-4計(jì)算出的流速是測(cè)速段的流速u’，而式5-3采納的流速是實(shí)驗(yàn)段最窄截面處的流速u。由持續(xù)性方程：(5-8)(5-9)u'f'=u(f-Lnd)m/s(5-8)(5-9)可得實(shí)驗(yàn)段最窄截面流速u為：u'f'

u= f-Lnd式中：f’：測(cè)速段流道截面積，m2；f：實(shí)驗(yàn)段最窄流通截面積，m2；L：實(shí)驗(yàn)管有效管長(zhǎng)，m；d：實(shí)驗(yàn)管外徑，m。圖3圖3傾斜式微壓計(jì)讀值示用意壁面溫度tw的測(cè)量通過切換開關(guān)，依次在電位差計(jì)(或溫度顯示儀表)上讀出壁面上4個(gè)熱電偶的毫伏值(或溫度值)，再在“經(jīng)常使用熱電偶熱電勢(shì)值對(duì)照表”中查得所對(duì)應(yīng)的溫度后，求得4點(diǎn)平均溫度tw，即為壁面溫度。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1.放熱系數(shù)h放熱系數(shù)由式5-1計(jì)算。由于電加熱器所產(chǎn)生的熱量Q，除以對(duì)流方式由管壁傳給空氣外，還有一部份熱量由管壁輻射出去，因此對(duì)流放熱量Qc為：Qc=Q-Qr=UI-Qr [W] (5-10)式中：Q：電熱量，w,用下式計(jì)算：Q=UI[W] (5-11)U:電加熱器兩頭電壓，V；I：通過電加熱器的電流，A；如為功率表直接讀功率表QR：輻射散熱量，w，用下式計(jì)算：Q=8CA[(L)4—(二)4 [W] (5-12)R0 100 1008實(shí)驗(yàn)管表面黑度。C0：黑體輻射系數(shù)，C0=[W/]A：實(shí)驗(yàn)管表面積，m2；Tw：實(shí)驗(yàn)管壁面平均溫度，K；Tf：空氣進(jìn)出口平均溫度，K。2. 準(zhǔn)那么方程式的成立至此，依照所求得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即可求得Re數(shù)及其相對(duì)應(yīng)的Nu數(shù)。對(duì)式5-3取對(duì)數(shù)，可得：圖4空氣橫掠單管Nuf與Ref的關(guān)系在n值已知的基礎(chǔ)上，可依照直線上任一點(diǎn)的Nuf和Ref數(shù)值求得C值，即:

(5-14)Nu(5-14) fRenf至此，準(zhǔn)那么方程式中各物理量已知，因此準(zhǔn)那么方程式成立。七、實(shí)驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表、實(shí)驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)名稱單位320試驗(yàn)臺(tái)450試驗(yàn)臺(tái)500試驗(yàn)臺(tái)1實(shí)驗(yàn)段風(fēng)洞截面尺寸mm2320x70450x150500x1242測(cè)諫段風(fēng)洞截面尺寸mm260x70150x80124x1243實(shí)驗(yàn)管外徑mm35x635x635x64實(shí)驗(yàn)管有效長(zhǎng)度mm3204505005電加熱額定功率W3004004506實(shí)驗(yàn)管壁面黑度8二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原始記錄表風(fēng)洞截面尺寸：1、測(cè)速段截面尺寸，m2；2.實(shí)驗(yàn)段截面尺寸，m2；3.實(shí)驗(yàn)段有效流通面積實(shí)驗(yàn)管尺寸：1.外徑d，m；2.有效長(zhǎng)度L，m。實(shí)驗(yàn)次序電加熱器氣流溫度微壓計(jì)實(shí)驗(yàn)管璧面溫度備注電流電壓入口空氣溫度出口空氣溫度平均值微壓計(jì)讀數(shù)傾角比值k1234璧溫平均值毫伏讀數(shù)溫度毫伏讀數(shù)溫度毫伏讀數(shù)溫度毫伏讀數(shù)溫度AV°CCCmmmVCmVCmVCmVCC123456

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理表實(shí)驗(yàn)次數(shù)電加熱器功率Q空氣平均溫度tf璧面平均溫度t輻射熱量Qr對(duì)流熱量Qc對(duì)流放熱系數(shù)h微壓計(jì)壓差H