自然对流放热系数的测定

自然对流放热系数的测定第一页，共十一页，编辑于2023年，星期三二、实验原理对铜管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量与辐射换热量之差，即Q=Qr+Qc=IV[W](1) Qc=αF（tw－tf）[W](2)[w/㎡.℃](3)Q─换热量[W]；Qr─辐射换热量[W]；Qc─对流换热量[W]；I—加热电流[A]；V—加热电压[V]；α─自由运动放热系数[w/㎡.℃]；F─园管表面积[㎡],F=πdL,d与L分别为园管的外经和长度；tw─园管表面平均温度[℃]；tf─室内空气温度[℃]；第二页，共十一页，编辑于2023年，星期三二、实验原理（4）ε─试管表面黑度Ce─黑体的辐射热系数Tw─管壁平均温度Tf─室内空气温度根据相似理论，对于自由对流放热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数即：Nu=f(Gr× Pr)可表示成Nu=c(Gr×Pr)n（5）定性温度为流体与壁面的平均温度，定性尺寸为管子直径。其中c、n是通过实验所确定的常数。第三页，共十一页，编辑于2023年，星期三二、实验原理为了确定上述关系式的具体形式，根据所测数据和计算结果求得准则数：Nu=ad／λGr=VBd3／ν2Pr、B、λ、ν物性参数由定性温度从教科书中查出。改变工况（加热量），可求得一组准则数，把几组数据标在对数坐标纸上得到以Nu为纵坐标、以Gr、Pr为横坐标的一系列点，画一条直线，使大多数点落在这条直线上或周围，根据：lgNu=lgc+nlg(Gr×Pr)即Y=A+nX（6）第四页，共十一页，编辑于2023年，星期三二、实验原理图一、确定参数之间指数关系图这条直线的斜率即为n,n=tgφ—直线与横坐标之间夹角φ的正切。截距为c。实验曲线可以用式（3）表示。C值还可以通过曲线上任一点与Nu与(Gr× Pr)的数值计算出来，即

第五页，共十一页，编辑于2023年，星期三三、实验装置及测量仪表实验装置如图二：该装置有实验管（四种类型），实验管内装有电加热器，两端装有绝热盖，计算中略去轴向热损失。实验管上有热电偶嵌入管壁，使用电位差计可测量出管壁的热电势，从而计算外表面温度tw；图二、实验管段构造示意图1．加热导线2.接线柱3.绝热盖4.绝缘法兰5.绝热泡沫垫6.绝热体7.实验管8.管腔9.加热管10.热电偶第六页，共十一页，编辑于2023年，星期三三、实验装置及测量仪表测量仪表控制箱内有稳压器可稳定输入电压，使加入管的热量保持一定，并设置电流调节装置以改变加热电流从而改变实验管壁面温度。电压、电流表测定电加热器的电压和电流,电加热功率Q=IV。1.d1=80mm测温琴键开关2.d2=60mm测温琴键开关3.d3=40mm、d4=20mm测温琴键开关4.测温管段转换琴键开关5.加热接线柱(4对)6.数显温度计7.热电偶接线柱(32对)8.数显温度计采集—电位差计采集温度转换开关9.电压表10.电流表12.13.14.15对应于四根实验管的加热开关16.17.18.19对应于四根实验管的加热调节旋钮20.21电位差计接线柱(1对)第七页，共十一页，编辑于2023年，星期三四、实验步骤：1、按电路图接好线路，经指导老师检查后接通电源；2、调整调压器，对试验管加热；3、稳定六小时后开始测管壁温度，记下数据；4、间隔半小时再记一次，直到两组数据接近为止；5、把两组接近的数据取平均值，作为计算依据；6、记下半导体温度计指标的空气温度；7、经指导教师同意，将调压器调整回零位，切断电源。第八页，共十一页，编辑于2023年，星期三五、实验数据的整理1、已知数据：管径d1=80mm1200Wd2=60mm800Wd3=40mm600Wd4=20mm300W管长L1=2000mmL2=1600L3=1200mmL4=1000mm实验时必须实际测量！C0=5.669w／m2k4黑度ε1=0.11ε2=ε3=ε4=0.152、测试数据：管壁热电势mv1mv2……mvn室内空气温度tf电流I、电压V第九页，共十一页，编辑于2023年，星期三五、实验数据的整理3、整理数据：所测根据热电势标出平均值mvm×(mv1+mv2+┄┄+mvn)／n查出对应的温度tw,计算加热器的热量Q=I×V（W）A、求对流放热系数B、查出物性参数定性温度取空气边界层平均温度tm=1／2(tf－tw)，在教材的附录中查得空气的导热系数λ、热膨胀系数β、运动粘度ν、导热系数λ和普朗特系数Pr。C、用标准公式计算对流换热系数α′α′=0.53(Pr×Gr)3／4求相对误差(α－α′)／α′D、以班组为单位整理准则方程把求得的有关数据代入准则中可得准则式，把对应的数据标在对数坐标上，几