强迫对流管簇管外换热系数测试实验

1、强迫对流管簇管外换热系数测试实验实验目的1 .掌握温度、流速、热量等参数的测量方法；2 .掌握翅片管束管外换热系数的实验方法；3 .掌握强迫对流翅片管束阻力的实验方法.实验原理1 .翅片管是换热器中常用的一种传热元件,由于扩展了管外传热面积,故可使光管的传热热阻大大下降,特别适用于气体侧换热的场合.2 .空气气体横向流过翅片管束时的对流换热系数除了与空气流速及物性有关以外,还与翅片管束的一系列几何因素有关,其无因次函数关系可表示如下,翅片管参数见表1.HNufRe,Pr,-DoDoDoPp,NDoDo表1翅片管参数翅片管内径翅片管外径翅片高度翅片厚度翅片间距DiDoHB横向管间距纵向管间距管排

2、数管根数管长度PtPlNnL对于特定的翅片管束,其几何因素都是固定不变的,这时可简化为：NufRe,Pr对于空气,Pr数可看作常数,故NufRe表示成指数方程的形式如下：NuCRem式中,C、m为实验关联式的系数和指数.这一形式的公式只适用于特定几何条件下的管束,为了在实验公式中能反映翅片管和翅片管束的几何变量的影响,需要分别改变几何参数进行实验并对实验数据进行综合整理.3 .对于翅片管,管外换热系数可以有不同的定义公式,可以以光管外外表为基准定义换热系数,也可以以翅片管外外表积为基准定义.为了研究方便,此处采用光管外外表积作为基准,即：ho丁U77nDoL(twotf)4 .如何测求翅片管束

3、平均管外换热系数是实验的关键.但是测量管壁平均温度是一件很困难的任务.采用一种工程上更通用的方法,即：威尔逊方法测求管外换热系数,这一方法的要点是先测求出传热系数,然后从传热热阻中减去的各项热阻,即可间接地求出管外放热热阻和换热系数.即111hokhiknDoL(tvtf)空气侧吸热量：cpM(tf2tf1)加热器功率：UI应当指出,当管内换热系数hiho时,管内热阻将远远地小于管外热阻,这时hi的某些计算误差将不会明显地影响管外换热系数ho的大小.换热系数计算过程用参数见表2所示.表2计算用参数传热量空气平均温度光管外壁温度换热系数传热系数管内平均温度tftwohKtv电流电压入口空气温度出

4、口空气温度空气流量UItf1tf2M三.实验设备实验的翅片管束安装在一台低速风洞中实验装置和测试仪表如图1所示.实验装置由有机玻璃风洞、加热管件、风机支架、测试仪表等局部组成.有机玻璃风洞由带整流隔栅的入口段,整流丝网、平稳段、前测量段、工作段、后测量段、收缩段、测速段、扩压段等组成.工作段和前后测量段的内部横截面积均为200mmx200mm.翅片管束采用顺排排列,翅片管束的几何参数如表3所示.表3翅片管束几何参数翅片管内径翅片管外径翅片高度翅片厚度翅片间距横向管间距纵向管间距管排数DiDoHBPtPlNmmmmmmmmmmmmmm16201970.22.750505四根实验热管组成一个横排,

5、可以放在任何一排的位置上进行实验.一般放在第3排的位置上,自第3排以后,各排的换热系数根本保持不变了.所以,这样测求得的放热指数代表第3排及以后各排管的平均换热系数.实验热管的加热段由专门的电加热器进行加热,电加热器的电功率由电流、电压表进行测量.每一支热管的内部插入一支铜-康铜热电偶用以测量热管内温度.图1实验风洞系统简图1 .风机支架2.风机3.风量调节手轮4.过渡管5.测压管6.测速段7.过渡管8.测压管9.实验管段10.测压管11.吸入管12.支架13.加热元件14.限制板4 .实验步骤1 .调试检查测温、测速、测热等各仪表,使其处于良好工作状态；2 .接通电加热器电源,将电功率限制在

6、0.52KW之间,预热510分钟后,开动引风机,注意到引风机需在空载或很小的开度下启动；3 .调整引风机的阀门,来限制实验工况的空气流速,一般,空气风速应从小到大逐渐增加,可改变68个风速值,这样就有68个实验工况；4 .在每一个实验工况下,待确认设备处于稳定状态后,进行所有物理量的测量和记录,将测量的量整洁地记收预先准备好的数据记录表格中.5 .数据整理1 .计算测量截面积的风速：u测、组上测量截面积F测=0.0750.3m2,测量截面处的密度由出口空气温度确定.2.计算翅片管束最窄流通截面处的流速:3.记录实验数据并填入表5中,将记录数据整理后填入表68中.表5实验记录序号功率W管内温度流速压头Ahmm水柱阻力Apmm水柱入口气温tic出口气温12ctviCtv2ctv3ctv4C平均tvc12345序号空气流速U测m/s质量流量Mkg/S最车截回流速U窄m/s雷诺数Re空气吸热QiW电加执八、Q2W热平衡误差DQ/Q%传热系数KW/m2?C管夕卜放热系数hoW/m2?CNu数Nu12345表7计算结果准那么数123456ReNu表8数据转换结果准那么数123456lgRelgNu4.在