实验二,空气沿水平圆管外表面的自然对流换热系数

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