1、實驗二、空氣橫掠單圓管外換熱系數的測定一、試驗目的1、了解對流換熱的實驗研究方法；2、測定空氣橫向流過單管表面時的平均換熱系數a,并將試驗數據整理成準則方成式；3、學習測量風速、溫度、熱量的基本技能.二、試驗原理根據牛頓公式，壁面平均對流換熱系數為a=一Q W/m2C(1)(、-tf) F式中：t疽 實驗管壁平均溫度，C；f實驗前后流體平均溫度，C；F：管壁換熱面積，m2；Q：對流換熱量，W根據相似理論流體受迫外掠物體時的換熱系數a與流速、物體幾何形狀及尺寸。流體物性間的關系可用下列 準則方程式描述：Nu=f (Re, Pr)實驗研究表明，流體橫向流過單管表面時，一般可將上式整理成下列具體的指

2、數形式：NU=C RnPm(2)式中：c、n、m均為常數，由實驗確定；以dNu：努謝爾特準則，Nu=；人dRe：雷諾準則，Re=VvPr：普朗特準則，Pr=。 a 上述各準則中： d實驗管外徑，m；3流體流過實驗管最窄處流速，m s；入一流體導熱系數，W/mC；a一流體導溫系數，m2/s； v流體運動粘度，m2/s。本實驗中，建議各物性參數采用邊界層平均溫度tm=! (tm+tf)作為定性溫度，但應注意，有些文獻采用tf作為定性溫度來整理實驗數據。鑒于本實驗中流體為空氣，Pr數可作為常數處理，故(2)式寫成Nu=C Rn(3)e 所以，本實驗的任務在于確定C和n的數值，為此需測定Rc和Nu準則

3、中的各量，即a、3、d、入、V等。 為了確定a值，必須測量Q、匕、tf及管長1等。三、實驗裝置本對流實驗在實驗風洞中進行。實驗風洞主要由風洞本體，風機、實驗管及其電加熱器、水銀溫度計、傾斜 式微壓計、畢托管、電位差計、電流表、電壓表以及調壓變壓器等組成，如圖一所示。圖一空氣橫掠單圓管外換熱系數實驗裝置1雙扭線進風口 2整流格柵3整流金屬網4玻璃水銀溫度計5實驗段6實驗管7畢托管8傾斜式微壓計9測速段10風機實驗管為一根紫銅管，管內裝有電阻絲作為熱源，管端用隔熱材料封口并支承于風道壁上，管壁沿軸向和周 圍均勻地嵌有四對熱電偶。四、實驗步驟1、將畢托管與微壓計連接好并校正零點；連接熱電偶與電位差計

4、，再將電加熱器、電流表、電壓表以及調壓 變壓器線路連接好，經指導教師檢查無誤后，準備啟動風機。2、在關閉風機出口調節閥的情況下啟動風機，然后根據需要的風速開啟節閥。3、在調壓變壓器指針位于零位時，合電閘加熱實驗管，然后調節變壓器指針，使實驗管為選定的電加熱功率， 為使壁面溫度達到穩定，可每隔數分鐘測量一次溫度，若經連續23次測試無顯著變化(一般用變化量與測試量 之比的百分數來判斷，一般應低于0.5%)，方可認為實驗工況已達到穩定，開始記錄熱電勢、電流、電壓、空氣進 出口溫度、微壓計讀數及大氣壓力等記入附表1，所加電壓不得超過180V。4、擴展實驗的范圍主要靠改變風速和變更實驗管徑來實現。實驗管

5、表面單位面積的電加熱功率一般可不改變， 只在高風速時才適當增加電功率。本實驗才采用改變調節閥開度(改變風速)的方法擴展實驗的范圍。5、實驗完畢，將變壓器的、指針調回到零位，切斷實驗管加熱電源，待其冷卻后再停止風機。五、實驗數據整理1、計算對流換熱量Q c實驗管除對流方式向空氣傳熱外，還將有一部分熱量以輻射方式傳給道壁，故應從實測的電功率中減去輻射熱 量才是對流換熱量，即Qc=Qt-Qr(4)式中Qt=uI，電加熱器產生的熱量，W；T TQr=eCo(誦0 ) 4( 100)4F，輻射熱量，W；u一電加熱器產生的熱量，V；I一電加熱器兩端電壓，V；8實驗管表面黑度，8=0.6；Co一黑體輻射系數

6、，Co=5.67W/m2K4To管壁溫度，To= t 273.15，K；3Tf一流體平均溫度，Tf=tf+273.15，K；F散熱面積，m2。2、實驗管面最窄處的風速3實由于實驗風洞測速段面速度分布是均勻的，故可采用比脫管在測速段截面中心點測得的動壓，算出該截面的平 均速度3測。3|d m/s(5)測=了 p空式中Pd=（I-I0）kP液g,測得動壓，Pa；I微壓計初讀數，m；I微壓計終讀數，m；g重力加速度，m/s2；K一微壓計管支架固定點的刻度值P液微壓計液體的密度，kg/m3;P六一空氣密度，根據大氣壓力及t確定，kg/ m3；那末，實驗管最窄處的風速3實可由連續性方程求出：3測七則=3

7、實（F實-dn）o測 F測3實=F實-L dn m/s；式中：F測一測速段截面積，E；F實一放實驗管處流道截面積，E；L實驗管有效管長，L=450mm；d實驗管外徑，d=35mm；n實驗管根數，n=13、本實驗采用銅一康銅熱電偶，其分度表見附表。4、各準則中的物性參數，一般可由物性數據表按定性溫度用線性插值方法確定，5、將計算出來的各實驗點的Re和Nu數標繪在雙對數坐標圖上，由圖可以直觀地看出實驗點的分布規律，用 最小二乘法確定式（3）中的系數C和n，根據C和n將代表線描繪在雙對數坐標圖上，并與實驗點進行比較。六、實驗報告內容：1、實驗原理及裝置簡圖；2、簡要測試步驟，實驗原始記錄及計算結果；3、繪制IgNuIgRe圖，并求出C、u值，寫出準則方程式；4、實驗結果分析與討論。附表1強迫流動單管管外放熱系數測定記錄工項目況123456實 驗 管 處 最 大 流 速微壓計初讀數mm微壓計終讀數mm固定點刻度K動壓pd Pa測速截面流速3測m/s最大流速3實m/s實 驗 管 壁 面 溫 度熱電勢EmvEmvEmvEmv平均熱電勢E mv平均溫度七C換 熱 八、 量加熱電壓u v加熱電流IA總換熱量Qt