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強迫對流單管外放熱係(xì)數測試說明書

一、實驗目的:
1.了解(jiě)對流放熱的實驗(yàn)研究方法;
2.測定空氣橫向流過單管表麵時的平均放熱係數α,並將實驗(yàn)數據整理(lǐ)成準則方程式;
3.學習測量風速、溫度、熱量的基本技能。
二、實驗原理:
根據(jù)相似原理,流(liú)體受迫外掠物體時的放熱係數α 與(yǔ)流速、成物體幾何形狀及尺寸、流體物(wù)性間的關(guān)係可用下列方程式描述:
Nu=ƒ(RegPr)
實驗研究表明,流體橫向單管表麵時,一般可將上式整理(lǐ)成(chéng)下列具體的指數形式:

式中   c、n、m、均為常數,由實驗確定,

上述各(gè)準則中,d  — 實(shí)驗管外徑,作定性尺寸[米]
ω — 流體流過實驗管外最窄麵處流速(sù);[m/s]
λ — 流體導熱(rè)係數[W/m·℃]
α — 流體導溫係數[m²/s]
ν — 流(liú)體運動粘度[m²/s]
準則角碼“m”表示用流體邊界層平均溫度Tm= 1/2(tw-tƒ)作;定性溫度(dù)。
鑒於實驗中流體為空氣,Prm=0.7故準則式可化成:
 
本實驗的(de)任(rèn)務在(zài)於確定c與(yǔ)n的數值,首先使空氣流速一定(dìng),然後測定有關的數據:電流I、電壓V、管壁溫度tw、空氣溫度(dù)tf、微壓(yā)計動壓頭h。至(zhì)於α、ω在實驗中無法直接測得,可通過(guò)計算求得,而物性參數可在(zài)有(yǒu)關書中查得。得到一組數據後,可得一組Re、Nu 值,改(gǎi)變空氣流速,又得到一(yī)組數據後,再得一組(zǔ)Nu、Re值,改變幾次空氣流速(sù),就可(kě)得到一係列的實(shí)驗數(shù)據。
三、實驗設備:  
本實驗在(zài)一實驗風洞中進行。實驗風洞中主要由風洞本體、風機、構架(jià)`實驗管及其加熱器、差壓(yā)傳感器、畢托管、電流表、電壓表,巡檢儀以及電(diàn)子調壓膜塊組成。
風洞本體如(rú)圖;                                                                                                              

1、集流段;  2、插排前段;  3、實驗段;  4、插排後段;  5、收縮段;6、測(cè)速段;   7、畢托管; 8、風門調節閘門; 9、風機; 10、配電箱; 11實驗台架;13、微差壓計(jì) 
由於實驗段(duàn)有兩段整流,可使進入實驗段前的氣流穩定。畢托管置於測速段,測速段截麵比實驗段小,以使(shǐ)流速(sù)提(tí)高,測量準確。風量由風機出口擋板調節。
實驗風洞中安(ān)裝了一根實驗管,管內裝有電加熱器作為熱(rè)源,管壁嵌有四對熱電偶以測壁溫。
四(sì)、實驗步(bù)驟
1.將畢托管(guǎn)與壓差計連接好;檢(jiǎn)查連(lián)接熱電偶、加熱器及風機線路接是(shì)否完好,指導老師檢查確認(rèn)無誤後,準備啟(qǐ)動風(fēng)機。
2.在關閉風機風門的條件下啟(qǐ)動風機,讓風機(jī)空(kōng)載啟動,然後根(gēn)據需要開(kāi)啟(qǐ)風機調節閘門。
3.在(zài)數顯電壓表指針為零時(shí),打開(kāi)加熱(rè)開關,根據需要調整調壓旋(xuán)鈕,使其在某一熱(rè)負荷下加(jiā)熱,並保持(chí)不變,使壁溫達到穩定(壁溫熱電偶電勢(shì)在三分鍾內保持讀數不變,即可認為已達到穩定狀(zhuàng)態)後,開始記錄巡檢(jiǎn)儀上(shàng)的空氣進出(chū)口溫度、及差壓計上(shàng)的讀數。在讀取電流、電(diàn)壓、以上電壓不得超(chāo)過150V。
4.在(zài)一定熱負荷下,通過調整風量來改變Re數的大小,因此保持調壓膜塊的(de)輸出電壓不變,依次調節風機出口擋板(bǎn),在各(gè)個不同的的開度下測得其動壓頭,空氣進、出口溫度以及,即為不同風速下,同(tóng)一負荷時的實驗數據。
5.不同熱負荷條件下的實(shí)驗,僅需利用調壓膜塊改變電加熱器功率、重複上述(shù)實驗步驟既可(kě)。
6.實驗完畢後,先切斷實驗(yàn)管加熱電源,待實驗管冷卻後再停止風機。
五、實驗數據的(de)整理計算:
1.壁(bì)麵平均放熱係數α
電加熱(rè)器所產生的總熱量Q,除以對流方式由管壁傳給空氣外,還有一部分是以輻射方工(gōng)傳出去的,因此,對流放熱(rè)量Qc為
 
Qr — 輻射換熱量;
ε — 試管表麵黑(hēi)度(dù);          ε = 0.6~0.7
Co — 絕對(duì)黑(hēi)體(tǐ)輻射係數;      Co = 5.67
Tω — 管壁麵的(de)平均溫度;
Tƒ  — 流(liú)體(tǐ)的平均溫度(dù);
F  — 管表麵積;
根據牛頓公式,壁麵平均對流放熱係數為

2.空(kōng)氣流速的(de)計算
1)本實台是采用(yòng)差壓計測得(dé)動壓值讀取數值

2)若實驗人員用畢(bì)托(tuō)管在測速段截麵中心點進行測量,由於實(shí)驗(yàn)風洞測速段分布(bù)均(jun1)勻,因此不(bú)必(bì)進(jìn)行截麵速度不均勻的修正。
若采用傾斜式微壓計測得的動壓頭為;則(zé)由(yóu)能量方(fāng)程式:

式中ρ紅 — 微(wēi)壓計紅油的密度;ρ=0.826×10³g/m³
ρ空 — 空氣的密度,根據空氣的平(píng)均溫度,可在有關書中查得(dé)。
H — 動壓頭,用液柱高表示。
由上式計算所(suǒ)得的流(liú)速是測速截麵外的流速,而準則式中的流速(sù)W是指(zhǐ)流體流過試驗管最窄截麵(miàn)的流速,由連續性方程:

式中:F測—測速處流道截麵積;[m²]
F測=9500mm²
F試—放試管處流道截麵積(jī);[m²]
F試(shì)=200×150mm²
L—試驗管有(yǒu)效管長;L=210mm
d — 試驗管外徑;    d=32mm
n — 試驗管數;        n=1
W測 — 測速處流體流速;[m/s]
W試 — 試驗管(guǎn)截麵處流速;[m/s]
3.確定準則方程(chéng)式
將數據代入,得到準則數,即(jí)可在Num為(wéi)縱坐標,以(yǐ)Rem為橫坐標的常用對數坐標圖上,得到(dào)一(yī)些實驗點(diǎn),然後用直線連起來,因:
IgNum=Igc+nIgRem
Igc為直線的(de)截(jié)距,n為直線的(de)斜率(lǜ),取直線上的兩點

即可得出具體的(de)準則方(fāng)程式Nu=CRⁿe
六、實驗數據記錄表(biǎo)
注:最窄流通截麵積  F=      m2   測量截麵積(jī)  F=      m2    
試驗管外徑 d      mm      試驗管長度 L      mm 


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