主頁 > 技術文章（zhāng） > 強迫對流單管外放熱係數測試說明書 2025-07-07

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_窄= m² 測量截麵積（jī） F_測= m²
試驗管外徑 d mm 試驗管長度 L mm

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