实验指导书空气沿横置圆管表面自然对流平均换热系数的测定.doc

空气沿横置圆管表面自然对流
平均换热系数的测定实验
一、实验目的及要求
1．目的
（1）学****在自然对流实验台上研究空气沿横置圆管表面自然对流换热的方法。
（2）测定空气沿横置圆管表面自然对流时的平均换热系数α 。
（3）将实验数据整理成准则方程，从而掌握空气沿横置圆管表面自然对流换热的规律。
2．要求
（1）充分理解实验原理。
（2）必须懂得在实验中应记录哪些量。
（3）能独立地将测量数据整理成准则方程，正确区分实验法确定换热系数的两种方法的优、缺点以及适用范围，从而巩固课堂上学过的知识。
二、实验原理
影响自然对流的换热系数α 的五大因素有：
1．由流体冷、热各部分的密度差产生的浮升力；
2．流体流动的状态；
3．流体的热物性；
4．换热壁面的热状态；
5．换热壁面的几何因素；
依据相似理论，它们之间的关系包含在准则方程
之中。由于本实验中介质为空气，其物性随温度的变化较小，空气的Pr值随温度的变化不大，Pr≈，故相应的准则方程可简化为：
Nuf= f (Grf )
对流换热问题的准则函数形式，通常采取指数函数的形式表示：
Nuf= c Grf n
式中：Nuf——努谢尔特准则 Nuf=
Grf——葛拉晓夫准则 Grf =
系数c，上标n —— 均为需通过实验来确定的常数。
上述各准则中，有关的物理量及其单位分别为：
α —— 对流换热系数 W/（m2·Κ）
D —— 实验单管外径 m
λ —— 空气的导热系数 W/（m·Κ）
β —— 介质的膨胀系数 K-1
g —— 重力加速度 m / s2
Δt —— 介质和管壁表面之间的温差 K
ν —— 运动粘性系数 m2 / s
下标f —— 表示各准则以流体介质在物体边界层以外处的温度tf为定性温度。
要通过试验确定空气横向掠过单管时Nuf与Grf的关系，就要求葛拉晓夫数Grf有较大范围的变动才能保证求得的准则方程式的准确性。改变葛拉晓夫数Grf可以通过改变温度（Δt）及管子直径（D）来达到。
测量的基本量为空气温度tf，管子表面温度tw及管子表面散出的热量Q。
三、实验设备
整套实验装置由实验台、控制箱、电脑三大部分组成。
实验台上悬挂有试件（四种直径单根圆管），试件内装有电加热管，两端装有绝热盖（计算中略去轴向热损失）。试件上有热电偶嵌入管壁，所有单圆管中央的热电偶均与控温仪连接，防止温度过高烧毁试件；
沿管子圆周均匀分布热电偶均与巡检仪连接可直接显示管壁各个测点的温度。A、B、C、D管管壁的测温热电偶数分别为4、4、6、8个。试件结构如图一所示
图一、试件结构示意图


控制箱内有稳压器可稳定输出电压，使其加到单管上的热量保持一定，并设置电压调节装置以改变加热量从而改变实验管壁面温度。电压、电流表分别显示电加热器的电压和电流；巡检仪可显示单圆管壁面温度、实际电流、电压、室内温度。见图二：

图三、控制箱
1——D4=80mm测温琴键开关 2——D3=60mm测温琴键开关 3——D2=40mm测温琴键开关 4——D1=20mm测温琴键开关
5、25—D4=80mm加热接线柱 6、24—D3=60mm加热接线柱
7、23—D2=40mm加热接线柱 8、22—D1=20mm加热接线柱
9—16点万能信号输入巡检仪 10————输出显示电压表 11————高温保护温控仪 14——热电偶接线柱组 (32对) 12—D1=20mm输出显示加热电流表 13—D2=40mm输出显示加热电流表 15—D3=60mm输出显示加热电流表 16