实验十三具有对流换热条件的伸展体传热特性试1

1、实验十三具有对流换热条件的伸展体传热特性试验一、实验目的与要求目的：通过实验和对实验数据的分析，深入了解伸展体传热的特性，并掌握求解具 有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。要求：1、测出一定条件下，导体内不同截面的过余温度值；2、用测得的不同X位置过余温度 数据，求实验条件下的 m值及 值;3、根据实验条件，求得的m值，用分析公式计算过余温度分布，过余温度 最低值处的位置及其值，并于实测结果比较。、实验原理具有对流换热的等截面伸展体,当长度与横截面之比很大时（常物性），其导热微分方程式为:式中:d2dx2m20过余温度=t-tf （°C）；mt伸展体温度（C）； tf伸展体周围介质

2、的温度（C）;空气对壁面的换热系数（W/m2? C）；U伸展体周长，本试验中 U= n do （ m）；严2伸展体截面积，本试验中fdi2)(m2)；导热微分方程式匚m20的通解为:dxmxcemxc?e或:AQmx) A2sh(mx)(1)(2)C1，C2，A1*2可由边界条件确定二端为第一类边界条件时X=LX=0代入（2）A1ch(0) A2sh(0)A-i1AiCh(mL)A2sh(mL)A221ch(mL)sh(mL)得:则:d dx1ch(mx)1sh(mL) I1sh(mL)ddx1Ch(mL)Sh(mx)2Sh(mL)1ch(mx)sh(mL)ishm(L x)1ch(mL)sh

3、( mx)2sh( mx)2sh( mx)m 2ch(mx)1chm(L x)sh(mL)21ch(mL)ddx2ch(mL)1(3)(4)(5)(6)过余温度B最低点的位置Xmin由0求得;dx(4)中：0sh(mL)d dx2ch(mx) 1chm(Lx)chm(L x)ch(mx)ch(mL) ? ch(mx)sh(mL) ? sh(mx)ch(mx)由此得到th(mx)ch(mL)sh(mL)得： Xmin= 1 arcthm1sh(mL)(7)X=0处导热量fddx21ch(mL)(8)X=L处导热量fddx2ch(mL) 1 (9)伸展体总散热量1ch(mL) 12【ch(mL)

4、1(10)12)ch(mL)1由中点及二端的过余温度即： X=0L/2X=L可求得对应于伸展体工作条件下的m值，利用（3）式L/2msh(mL)1ch(mL/2)2sh(mL/2)(11)sh(mL)因：sh(m ?2m?-22sh(m ?L)ch(m ? L)2 2则（11）式成为:1 2L/22ch(mL/2)2 arcchL1 22 L /2三、实验仪器风道、风机、试验元件、主付加热器、测温热电偶等。详见装置系统图如下图1实验装置的系统简图1、风机 2、风道3、等截面伸展体4、主加热器5、测温热电偶6、付加热 器7、热电偶拉杆及标尺 &热电偶冷端9、电位差计10、电压表11、风机

5、转 换开关12调压变压器四、实验内容与步骤试件是一紫铜管，放置在一风道中，由风机和风道造成空气均匀横向流过管 子表面的对流换热条件，管子表面各处的换热系数基本上相同，管子两端有加热 器，以维持两端处于所要求的温度状况， 这样就构成两端处于某温度下，中间具 有对流换热条件的等截面伸展体。为了测量铜管沿长度方向的温度分布，在管内安装有可移动的热电偶测温 头，其冷端就放置在空气中，这样通过 UJ-36电位差计测出的热电势，就放映了 管子各截面的过余温度，其相应的位置由带动热电偶测温头的滑动块在标尺上读 出。管子两端的加热器，通过调压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。为了改变空气对管壁的换热条

6、件，风机的工作电压亦相应的可做调整，以改 变空气流过管子表面的速度。试件的基本参数：管子长度L=200mm管子的导热系数 入=398w/m? °C、检查并熟悉实验装置的各部分，要求掌握 UJ-36电位差计的使用方法。、先开风机。然后调整主付加热器的变压器，使其在某功率下工作(注意: 加热器电压不得超过125V，否则会将设备烧坏)。、待加热器温度稳定后，在逐点测量沿X方向不同位置处的电势值，测温头每移动一个位置，都要待温度稳定后再读数。然后将数据填入表1。、实验完毕后，先将主付加热器的变压器调回“ 0”位，然后再关风机。表1实验所测数据测量点12345678910坐标位置x(mm)02

7、0406080100120140160170热电势(mV)过余温度(C)注：测温头所采用的为铜一一康铜热电偶，当热端温度在150C以下时，其热电势输出近似为0.040mV/C，而这对本实验已足够准确。五、数据处理与分析由式(3)可知所得的过余温度分布与某一 m值对应。由于试验件的u、f、是定值，因此，过余温度分布也就是与试验条件中的换热系数对应。如何由试验数据求得所对应的 m值？可采用任选三点a，b，c，符合Xa<Xb<Xc1Xb Xa 2 Xc Xa，即b为a，c的中点。1 a则可用2 a1L b2L= Xc-Xa代入下式求得m值arcch LL/2将选取不同的a, b, c三点

8、及算出的m、值列入表2表2试点值L(m)L/2C)2( C)m(1/m)(w/m2 C)1、4、70.122、5、80.123、6、90.12认为沿管长换热系数相等，因此，可取m、的平均值，用公式计算坐标X=0到X=0.17各点的过余温度值列入表3。由式(7)可计算过余温度最低点的位置Xmin，并将其代入式(3)即可求过余温度最低值min。同时按式(8)、(9)、(10)可分别计算管内两端的传热量及总传热量。表3x(mm)020406080100120140160170(C)将实验值所测与理论计算的各点的过余温度绘入下图C0 '14013012011010090807060 -50 -40 I |ill020406080100 120140160180X(mm)六、