试验空气沿水平圆管外表面的自然对流换热系数.doc

1、实验二、空气沿水平圆管外表面的自然对流换热系数一、实验目的1测定空气沿水平圆管外表面的自然对流换热系数。并将数据整理成准则方程式。2了解对流换热系数的实验研究方法，学会用相似准则综合实验数据的方法，认识相似理论在对流换热实验研究中的指导意义。二、实验原理实验研究的是受热体（圆管）在大空间中的自然对流换热现象。根据传热学和相似原理理论，当一个受热表面在流体中发生自然对流换热时，包含自然对流换热系数的准数关系式可整理为：Nub c Gr Pr bn(2-1)al式中：Nu努谢尔特准数；Grgl 3t 葛拉晓夫准数；v2l物体的特性尺寸，实验中为管径；d2 对流换热系数 (W/m ) ； 流体（空气

2、）的导热系数2(W/m ) ；v 流体（空气）的运动粘度 (m2/s ）；1/ Tm 流体的体积膨胀系数(1/K) 。Tm定性温度，实验中取Tmt wt0 / 2273 ， t w和 t 0 分别为圆管壁面温度和室内温度；ttwt 0 是过余温度（） ；c、 n 待定实验常数，需根据实验数据用最小二乘法进行确定。角标“ b”表示以边界层平均温度作为定性温度。由于在一般情况下，实验管表面散失热量Q以对流和辐射两种方式散发的。Q Qc Qr(2-2)式中， Q 表面散失热量(W) ，； Q IV；Qc 自然对流散失热流量(W)Qr 辐射散失热流量(W) 。实验管可以被看做为被其他物体（房屋、地面）

3、包围的面积很小的凸物体，它的辐射热量为44QTWTOsCO F（ W）(2-3)100100其中， s 为系统黑度，本实验系统中即为实验管表面黑度，由实验室事先测定；C0 为绝对黑体辐射系数，24C05.67 （ W/mK）；T 、 T 分别为壁温和周围物体的平均温度(K) （近似取室温） ；wo2F 为实验管辐射散热有效面积即为其圆周面积（m）。在实验中 , 待整个管子达到热稳定状况后，通过测定在不同加热功率下得各点表面温度，可得到平均局部自然对流换热系数：QCQQr(2-4)FTW TOF TWTO三、实验装置：实验装置如图3-1 所示，主要由实验管、热电偶、自耦变压器、电压表、电流表、转

4、换开关及电位差计组成，实验管中间装有电加热器，其电源线在管的两端引出，通过自耦变压器给定电压使实验管加热，其加热功率用电压表、电流表测量，在实验管的不同部分沿管子外表面圆周不同方向安装几对热电偶，以测得管子外表面的平均温度，求出水平圆管外表面的平均自然对流换热系数。实验管热电偶VA自耦变压器转换开关电位差计图 自然对流换热系数测定试验装置图注意：实验装置的实验管应安装在一个单独的房间，房间要求尽可能密闭，以防止强迫对流，并要求没有暖气设备和阳光直射，以防止外界温度干扰和外来热辐射，电源控制和测试装置应安放在密闭室的外面。四、实验步骤1熟悉实验设备，正确连接线路并接通电源，调整自耦变压器、给定一

5、定电压对实验管进行加热。2加热后，待各对热电偶的测值稳定，可开始测量管壁温度，记下一组数据。3间隔 10 分钟，测一组管壁数据，直至前后两组数据接近时为止，以这两组数据的平均值作为计算数据 Tw。4改变加热功率（即电压）至新工况，重复上述步骤，进行实验4 6 次。5记录室温、管径、管长。6关闭电源，结束实验。五、思考题1 本实验系统吊在大房间内对实验的准确性有什么影响？如将其吊在很小的房间内又会带来什么问题？若阳光直射实验室对实验有何影响？2实验管直径大的长度要长一些，直径小时可短一些，为什么？实验管为什么取得“较长”？3按本实验方法测定对流换热系数时存在哪些不利因素？4计算中能否忽略放热管的辐射散热？5定性温度有几种选取方法？可否直接选t w或 t f 做定性温度？6本实验得