实验二 空气横掠单圆管时受迫对流换热

实验三空气横掠单圆管时受迫对流换热一、目的了解空气横掠单圆管时受迫对流的换热规律。测定空气横掠单管时平均换热系数，并整理成准则关系式Nu=CRen的形式。二、原理根据对流换热的分析，流体横掠单管时的换热规律可以用下列准则关系式来表示：Num=f(Re,Pr)对于空气，温度变化范围不大，上式中的普朗特数Pr的变化很小，可作为常数看待。故上式可简化为：Nu=CRen(1)如圆管表面具有的温度为妇而空气温度为f，根据牛顿冷却公式，在稳定传热情况下，空气横向掠过圆管所带走的热量为Q二hFIQ如果在试验中能够测定圆管的表面温度tw，空气温度f以及圆管表面所散出的热量Q，则平均换热系数就可以用下列公式求出：h=Q/F(tw-tf)通过试验要来确定空气横掠单圆管的换热准则关系式Nu=f(Re)o为使实验中Re数有较大的变动，则可通过改变空气流速w和管子直径d来达到。为此在本实验中，采用了不同直径的管子在不同的空气速度条件下进行试验，从而可以求得不同Re数下，不同的h值。根据定性温度tm=(f+tw)/2可以把这些h整理成许多无因次准则Num，此地Num=hdo/A，Re=wdo/vm，其中空气物性参数可查表。然后将这些准则数按线性回归法整理成式(1)形式的准则关系式。三、实验装置本试验装置的由电锅炉、风机和传热管和凝结液位计组成。风机出口处安装有均流格珊，以保证试验段中有均匀的空气流速。传热管横向安置在风道试验段中间。管内通过的蒸汽为饱和蒸汽，可保证管壁温度为一恒定值。图3-1测定空气横掠单圆管时平均换热系数的试验装置及测量系统调整电锅炉的出口蒸汽压力可改变传热管的表面温度。试验段中的空气流速可借助源吸入口处的调节风门来调节。试验管所处风道中装有毕托管。通过倾斜式微压计，测出试验段中空气来流的动压头AhmmH2O,然后计算空气来流的速度w。（也可用数字式风速仪直接测出）空气流的温度tf用水银温度计测量。四、实验步骤了解和熟悉整个试验装置各个部件及仪表。严格按照仪表使用说明进行操作。启动风机前先检查风机的转向是否正确，应避免杂物吸入风口及对进风口的干扰。安装毕托管时应注意其垂直度，毕托管尾部长管测全压，短管测静压。将测量系统的线路接好。对整个试验系统检查一遍，便可进行试验。启动时先开风机，开机前把风门关闭。风机正常运转后，再将风门调到所需开度；试验时对每一种直径的管子，空气流速可以调整4〜5个工况，蒸汽压可根据管子直径及风速大小适当调整、保持管壁与空气间有适当的温差。每调整一次工况，均需达到稳定后，方可测量。试验结束时，关闭电锅炉的电源，放出系统中的凝结液，并等加热件冷却下来后再把风机关掉。五、实验记录实验日期：年月日使用仪器的型号及量程：六、实验数据的处理将实验数据代入下列各式进行计算：空气流速w(或直接用数字风速测得)：根据伯努利方程，毕托管所测得的气流动压AP(N/m2)与空气流速w(m/s)的关系为—1CAP=—pw22式中p为空气的密度，kg/m,由空气温度tf查表确定。毕托管通过U型差压计测得反映动压的水柱关/h(mmH2O),/p=/hx9.81N/m2因此空气流速_|2乂9.81xAhm/s":pmS试验管工作段传出的热量QQ=MrW式中M传热管的凝结液量，r为汽化潜热。试验管为圆壁，因此内壁温度tw大于外壁温度tw。由于管壁很薄，仅0.2〜0.3mm，且空气与管壁间的换热系数亦小，可以足够准确地认为t=t。管子平均换热系数ah=Q/F(tw-tf式中F为试验管工作段的外表面积F=ndlm2。计算相应的Nu数及Re数定性温度用平均温度t=(tw+f)/2。对于水平圆管其定型尺寸取管子外径电。Num=hd/XmRe=wd/vm将计算结果填入表3-2中。用线性回归分析法求得空气横掠单圆管时的换热准则关系式。式(1)是一个曲线方程，对此式左右两边取常用对数，则可以使曲线方程直线化，式为InNu=Inc+nlnRe如用X=lnRe,Y=lnNu,b=lnc,则上式可表示为Y=b+nX根据最小二乘法原理，系数b及n可按下式计算：£M以x-ZyZ(X2)b=vV(乙X)2—K乙(X2)ZXZy—kZ(xy)n=(X2)(ZX)2(X2)式中K为试验点的数目。EX,LY,顼X2）,习XY）等计算见表3-3。七、实验报告内容1、实验目的2、实验原理与装置简图3、实验记录4、实验数据的处理5、试讨论下列问题（1）将实验结果与有关参考书给出的空气横掠单圆管时换热的准则方程式进行比较。（2）以lnNu为纵坐标，lnRe为横坐标，将试验结果画在坐标纸上应连成怎样形状的曲线？表3-3计算项目12345678910111213141516LReNuX=lnReLX=Y=lgNuLY=X2L(X)2=XYL(XY)=b=[L(XY)-LY(X2)]/[(LX)2-K(X2)]n=[LXLY-KL(XY)]/[(LX)2-KL(X2)]Nu=CRen

表3-2计算结果汇总表管号物理量气流