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文档简介
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 二 c Gr Pr:(2-1)al式中: Nu努谢尔特准数;Gr = gl2 I - .t葛拉晓夫准数;vl 物体的特性尺寸,实验中为管径d;a 对流换热系数(W/卅
2、C );2入 流体(空气)的导热系数(W/m C );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T tw t0 /2 273, tw和 to分别为圆管壁面温度和室内温度;氏=tw -t0是过余温度(C)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 = QcQr(2-2)式中,Q表面散失热量(W)Q= IV;Q自然对流散失热流量(W)Q 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)包围的面
3、积很小的凸物体,它的辐射热量为其中,s 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,C0= 5.67 (W/m K4);Tw、To分别为壁温和周围物体的平均温度(K)(近似取室温);f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:(2-4)QCQ QrF Tw - ToF Tw - To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
4、,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。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tw或tf做定性温度?6 本实验得到的计算
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