中國石油大學傳熱學實驗報告實驗日期： 2013-6-5 班級：石工10-09 成績： 教師： 學號：1 姓名： 同組者： 實驗二 橫管自然對流傳熱規律實驗研究一、實驗目的1了解空氣沿橫管表面自然對流傳熱規律的實驗研究方法，鞏固課堂上學過的傳熱學知識。2測定橫管的自然對流傳熱系數h。3通過數據處理，整理出自然對流傳熱準則方程式。二、實驗原理對橫管進行電加熱，熱量應是以對流和輻射兩種方式來散發的，所以對流換熱量為總熱量與輻射熱換量之差，即：, , (W) 式中：一加熱功率,W； 一輻射換熱量,W； 一對流換熱量,W； 一管表面黑度； 一黑體的輻射系數；（W/m2K4） 一管壁平均溫度, ； 一室內空氣溫度,； A一管表面積，m2； h一自然對流傳熱系數,W/(m2)；根據相似理論，對于自然對流傳熱，努謝爾特數Nu是葛拉曉夫數Gr、普朗特數Pr的函數，可表示成：其中C、n是通過實驗所確定的常數。為了確定上述關系式的具體形式，根據所測的數據，求出準則數： 式中，Pr、為空氣的物性參數，由定性溫度tm從教科書中查出。，d為定型尺寸,取管外徑,。為橫管平均壁溫，取各測點溫度平均值，即。測出穩定狀態下四根橫管的管壁溫度、加熱功率和空氣溫度，即可求得4組Nu、 GrPr數，把4組數據取對數繪在直角坐標紙上,得到以lnNu為縱坐標，以ln(GrPr)為橫坐標的一系列點，畫一條直線，使大多數點落在這條直線上或周圍，根據： ,這條直線的斜率即為n，截距為lnC。因此可以求出常數C和n。三、實驗裝置及測量儀表實驗裝置有實驗管(四種類型)，支架、測量儀表電控箱等組成。(見簡圖)實驗裝置示意圖實驗管內有加熱絲，通一恒定電流可加熱，產生的熱量通過自然對流傳熱、輻射傳熱和軸向導熱向周圍傳遞，由于管長徑比較大，軸向導熱可忽略不計，只考慮自然對流傳熱、輻射傳熱，為了減少輻射傳熱量，管壁采用電鍍，使其黑度系數減小，輻射傳熱量的比例減小，在總加熱功率中減掉輻射傳熱量，則是自然對流傳熱量。經過一段時間后，管壁溫度趨于穩定，實驗管上有熱電偶安裝在管壁上，可以測出出管壁的溫度，由安裝在電控箱上的測溫數顯表通過轉換開關讀取溫度值。電加熱功率則可用數顯電壓表、電流表讀取，并計算出加熱功率。四、實驗步驟1熟悉實驗裝置的組成、各部分的作用、測量線路和加熱線路。2實驗裝置已提前加熱基本趨于穩定，實驗時不要調節加熱電壓。3開始測量各參數。管壁溫度通過數顯儀表和按鍵開關依此測量，其中1#、2# 管有6個測溫點，3#、4# 管有4個測溫點， 室內空氣溫度用數顯溫度計測量，加熱電流和加熱電壓直接從數顯儀表上讀取。4間隔20分鐘再測一次，若兩次數據誤差小于1%，則說明達到穩態，即不再測量。用最后一次測的數據進行數據處理。若誤差較大，可過20分鐘再測一次。5測量完結束實驗，但不要關閉電源，以備后面的同學進行實驗。6測試數據記錄表按表測量管壁溫度tw1,Tw2,tw3twn室內空氣溫度t、電流I、電壓V。記錄在表中。表2-1 實驗數據記錄表管號測量次數管壁各點溫度twi（）空氣溫度t平均壁溫tw加熱電流I（A）加熱電壓V（V）tw1tw2tw3tw4tw5tw61#176.584.878.870.190.776.63679.61.361276.885.479.571.290.977.03680.11.3612#1108.7109.997.5104.3109.0118.136107.91.12632108.1110.497.9105.4110.5119.136108.571.12633#153.554.155.957.33655.20.2422253.954.656.257.53655.550.24224#193.5104.3104.5121.936106.050.58686.2293.8104.9104.8121.736106.30.58586.1五、實驗數據處理1已知數據管號管徑d(m)管長l(m)黑度1#0.081.60.112#0.061.20.153#0.040.80.154#0.020.50.152數據處理(1) 計算加熱的熱量=IV（W)、平均壁溫、定性溫度，定性溫度取管壁溫度和空氣溫度的平均值。 用第一組數據處理，以1#第1次測量數據為例計算：同理可計算的其他三組數據，整理結果如下表2-2所示：表2-2管號/Wtw/tm/t/1#79.379.657.843.62#57.8107.971.9571.93#5.2855.245.619.24#50.51106.0571.0370.05(2) 計算自然對流傳熱系數以1#管為例計算：1#管表面積 =3.09w/(m)同理可計算其他三組數據，整理結果如下表2-3所示：表2-3管號/w管徑d/m管長l(m)表面積A/m/黑度h1#79.30.081.60.4019279.6360.113.622#57.80.061.20.22608107.9360.152.143#5.280.040.80.1004855.2360.151.634#50.510.020.50.0314106.05360.1521.56(3) 查出物性參數在教科書的附錄中查得空氣的導熱系數、熱膨脹系數、運動粘度和普朗特數Pr。上述物性參數由定性溫度查出，整理結果如下表2-4所示：其中將空氣視為理想氣體，熱膨脹系數表2-4管號/1#79.63.050.00283521.090.6922#107.93.250.00262424.130.6873#55.22.870.00304618.460.6974#106.053.240.00263724.120.687(4) 整理準則方程四根管的數據代入準則方程，可求出四組Nu、GrPr的數值，取對數后繪在直角坐標紙上，以lnNu為縱坐標,ln(GrPr)為橫坐標。把數據點連成一條最佳的直線，求出直線的斜率n和截距lnC，再反求出C。即可求出準則方程式：以1#管數據為例計算:同理可計算其它三組數據，整理結果如下表2-5所示：表2-5管號1#9.50 13.94 0.6929.65 2.251 13.78 2#5.27 16.25 0.68711.16 1.662 13.93 3#4.55 8.61 0.6976.00 1.515 13.30 4#53.26 15.93 0.68710.94 3.975 13.91 以為縱坐標，為橫坐標，繪制關系曲線如下：(舍掉最后一組數據)易得n=0.55, LnC=-5.712 故準則方程式為 六、實驗總結通