空气纵掠平板时局部换热系数的测定

1、空气纵掠平板时局部换热系数的测定流体纵掠平板是对流换热中的最典型的问题。木实验通过测定空气纵掠平板 时的局部换热系数掌握对流，换热的基本概念的规律。一. 实验的目的、要求1、了解实验装置的原理、测量系统及测试方法；2、通过对实测数据的整理，了解沿平板局部换热系数的变化规律；3、分析讨论换热系数变化的原因，以加深对对流换热的认识。二、基本原理局部换热系数a由下列定义：w/m2.°c其中：q物体表面某处的热流密度。q/m2t和应点的表面温度°ctf主流的温度°c本实验装置上所用的试件是一平板，纵向插入一风道中，板表面包覆一薄层 金属片利用电流通过金属片对其加热，可以认

2、定金属片表面具有恒定的热流温度。测定流过金属片的电流和其上的电压降即可准确地确定表面的热流密度，表 面温度的变化直接反映出换热系数的大小。三. 实验装置及测量系统6图1实验段简图1、风道2、平板3、不锈钢片4、热电偶5、电源导板6、热电偶换接件图1为实验段简图，试验段风道1由有机玻璃制成, 中间插入一可滑动的板2,中间包覆一金属片，成一很 薄的楔板，二侧对称，中间设置有热电偶4沿纵向x 轴不均匀地布置22对热电偶，它们通过热电偶接件6 与测量电位差计相联，片3的二端经电源导板与低压 直流电源连结。图2为实验装置的原理图，整流电源1 供给低压直流大电流，电流量通过串连在电路中的标 准电阻5上的电

3、压降来测量，为简化测量系统。测量 平板壁温t的热电偶的参考温度不用摄氏零度，而用空 气流的温度tf,即其热端6设在板内，冷端7则在风道 气流中，所以热电偶反应的为温差ltf的热电势e片2端的电压降亦用电位并计测量，为了能用一台电位并计测量热电偶 毫伏值，标准电阻上的电压降及片二端的电压降，设有一转换开关9再接入电位差计，在测量片两端的电压降时，受电位差计量程限制，电路中接入一分压箱8。7、热偶冷端9、转换开关11、微压计2、风源4、平板试件6、热电偶热端8、分压箱10、电位差12、毕托管图2测定空气纵掠平板时局部换热系数的装置及测量系统用比托管12通过倾式微压计11测量掠过平板的气流动压以确定

4、空气流鼓连接并检查所有线路和设备，将整流电源电压调节旋纽转至零位。调整电位差计，然后打开风机，调节风门，并将平板放在适当的位置上，再 接通整流电源，并逐步提高输出电压，对平板缓慢加热。为避免损坏配件，又能 达到足够的测温准确度，片温控制在80°c以下，可用手抚摸至手无法忍受为止。待热稳定后开始测量，从板前缘开始按热电偶编号，用电位差计逐点测出其 温度电势测量过程小加热电流、电压及气流动压变动较小，可选测几组。五、基本参数及有关计算公式平板试件参数：板长l=0. 33m；板宽b=80x10 m；金属片宽b=65x10_3m；金属片厚b=l x 10' m；金属片总长7=2l=0

5、. 66m热电偶布置位置如下表:热量偶编号1234567891011离板前缘距离xmm002.557.51015202532.540热电偶编号1213141516171819202122离板前缘距离xmm506075901101301601902202603001、金属片壁温t所用测温热电偶为铜一康铜，以室温作参考温度时，热端温度在50-80°c范 围内变化，冷端热端每1度温差的热电势输岀可近似取0.043mv/°c,这对本实 验已足够准确。因此测得反映温差t-tf的热电势e(t-tr), mv即可求：t-tf=e (t-tf) /o. 043°c2、流过金屈片的

6、电流i标准电阻为150a/75mv,所以测得标准电阻上每lmv电压降等于2a电流流过, 即1=2 xu. (a)其中：ui标准电阻两端的电压降，mvo3、金属片两端的电压降u：u=txu2x10-3(v)其中:t分压箱倍率201；u2经分压箱后测得的电压降，mvo4、空气掠过平板的速度u由毕托管测和气流动压头ah,毫米水柱，可按下式计算：mis(2x9.81v p空气密度，kg/m35、局部对流换热系数j在卜列假设门(1)电热功率均布在整个表面；(2)不计片面外界辐射散热 的影响；(3)忽略片纵向导热的影响。局部换热系数j可按下式计算:ui=w-r.)6、局部努线特数nux与雷诺数rex：nux =2rex = 其中：x离平板前缘的距离，01；x空气的导热系数，w/ (m°c)；v控气的运动粘性系数，m2/s；p空气密度。用来流的温度与壁温的平均值作为定性温度，即 匕立平均壁温'也+尙六、实验要求221、预习实验指导书，编制数据记录与计算用的表格；2、绘制a xx关系曲线，或在双对数纸上绘制nuxrex关系；3、分析沿平板对流换热的变化规律，并将实验结果及有关参考书上给出的 准确方程进行比较。七、注意事项1、特别注意电位差计的使用步骤，以免损