强迫对流单管外放热系数测试说明书

一、实验目的：
1.了解对流放热的实验研究方法；
2.测定空气横向流过单管表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准则方程式；
3.学习测量风速、温度、热量的基本技能。
二、实验原理：
根据相似原理，流体受迫外掠物体时的放热系数α 与流速、成物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列方程式描述：
Nu=ƒ（RegPr）
实验研究表明，流体横向单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式：

式中 c、n、m、均为常数，由实验确定，

上述各准则中，d — 实验管外径，作定性尺寸[米]
ω — 流体流过实验管外最窄面处流速；[m/s]
λ — 流体导热系数[W/m·℃]
α — 流体导温系数[m²/s]
ν — 流体运动粘度[m²/s]
准则角码“m”表示用流体边界层平均温度Tm= 1/2（tw-tƒ）作；定性温度。
鉴于实验中流体为空气，Prm=0.7故准则式可化成：

本实验的任务在于确定c与n的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I、电压V、管壁温度tw、空气温度tf、微压计动压头h。至于α、ω在实验中无法直接测得,可通过计算求得,而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组Re、Nu 值，改变空气流速，又得到一组数据后，再得一组Nu、Re值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
三、实验设备：
本实验在一实验风洞中进行。实验风洞中主要由风洞本体、风机、构架`实验管及其加热器、差压传感器、毕托管、电流表、电压表，巡检仪以及电子调压膜块组成。
风洞本体如图；

1、集流段； 2、插排前段； 3、实验段； 4、插排后段； 5、收缩段；6、测速段； 7、毕托管； 8、风门调节闸门； 9、风机； 10、配电箱； 11实验台架；13、微差压计
由于实验段有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管置于测速段，测速段截面比实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。
实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四对热电偶以测壁温。
四、实验步骤
1.将毕托管与压差计连接好；检查连接热电偶、加热器及风机线路接是否完好，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。
2.在关闭风机风门的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启风机调节闸门。
3.在数显电压表指针为零时，打开加热开关，根据需要调整调压旋钮，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录巡检仪上的空气进出口温度、及差压计上的读数。在读取电流、电压、以上电压不得超过150V。
4.在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re数的大小，因此保持调压膜块的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的的开度下测得其动压头，空气进、出口温度以及，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。
5.不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压膜块改变电加热器功率、重复上述实验步骤既可。
6.实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再停止风机。
五、实验数据的整理计算：
1.壁面平均放热系数α
电加热器所产生的总热量Q，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方工传出去的，因此，对流放热量Qc为

Qr — 辐射换热量；
ε — 试管表面黑度； ε = 0.6～0.7
Co — 绝对黑体辐射系数； Co = 5.67
Tω — 管壁面的平均温度；
Tƒ — 流体的平均温度；
F — 管表面积；
根据牛顿公式，壁面平均对流放热系数为

2.空气流速的计算
1)本实台是采用差压计测得动压值读取数值

2)若实验人员用毕托管在测速段截面中心点进行测量，由于实验风洞测速段分布均匀，因此不必进行截面速度不均匀的修正。
若采用倾斜式微压计测得的动压头为；则由能量方程式：

式中ρ红 — 微压计红油的密度；ρ=0.826×10³g/m³
ρ空 — 空气的密度,根据空气的平均温度,可在有关书中查得。
H — 动压头，用液柱高表示。
由上式计算所得的流速是测速截面外的流速，而准则式中的流速W是指流体流过试验管最窄截面的流速，由连续性方程：

式中：F测—测速处流道截面积；[m²]
F测=9500mm²
F试—放试管处流道截面积；[m²]
F试=200×150mm²
L—试验管有效管长；L=210mm
d — 试验管外径； d=32mm
n — 试验管数； n=1
W测 — 测速处流体流速；[m/s]
W试 — 试验管截面处流速；[m/s]
3.确定准则方程式
将数据代入，得到准则数，即可在Num为纵坐标，以Rem为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连起来，因：
IgNum=Igc＋nIgRem
Igc为直线的截距，n为直线的斜率，取直线上的两点

即可得出具体的准则方程式Nu=CRⁿe
六、实验数据记录表

注：最窄流通截面积 F_窄= m² 测量截面积 F_测= m²
试验管外径 d mm 试验管长度 L mm

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