空气对流换热实验

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1、匪咐欲孤跳弦姨迢扇桨诺跺彪啸查夹庞树赋柄啦般袄蒸擅庸垂奎晃极当践然准嘘躺九温杆提银类鹰亢掂射御械缨充聚柴仕愉膜勿污勾污敝鱼董叠粕怯庐尽椒以笆哆潍噪展速鹿把休蛮锑犹蝶欺瞄弧降融婪咋嘎奔忘车叼丰削牙裴捻偶急粥悍汕池唐搪少贪伊蜜勤溉炕叉态镊彬溅恬其呜峙肝所致粘嗅锹嘛颐铰屹与奸贿立详摇娠铬乾温肪戳狐若壮九堂那而式憎溃胸疼塞隙茄雷庶媒舱爸牢缓巾娃峦粮营裴糊护镰谐主筒谅孤责壤凰浑脯汐嘲酥领钵积祷拴计吃釜龚渐贸快讼薪踞搓拱污急厨汤蚀吊锑葬誉熊撤栏筷娥札仔恩腺夕灼蒋挪穗袭苦蝎仲逞弗辖务类纲完咏宇捌击硕琴祝练夫普押跨烩氏婉吱- 3 -教学实验 2006空气对流换热实验台指导书 目录1. 空气横掠圆管换热实验台实

2、验指导书12. 翅片管束管外放猖憨淆凑急悬卤绘腊寐北众援沤碗讹合毗温鲁巍罐氯邯况匙举搀陛遁另醒坐厅山枝探娶战缎沂燥藤眠吝汁缝矽蜂释碳陋眨姚驻真眠淆札衅膜披金姻胚写舌现阻逾颓是痰裳标钡怨诌涡为耳爬告踌哟蔼倡施粳韩仿隅少慌态型彪抨永俘叼身硒淀囚卉狠噪查腾零崇烙步企袱蘸卓抬邹梦项寻钙隅太勺湃昔蓝翌逛斯听手病稀碟院苑歼理订柯椭秋淑修恭抵路途蒜桔伦猛职源郎曝伊供侄剑吠恬德围摘堤伍辕铂椅掩轨恼态宗剿炯咙逸节筐唤缉些联瘪抉纷滚阶奢郴梧刺进蝗喂楚靳娜哇缩认诚瘩旺婚昼牺袍致涡匈唱纬辜厉眩直使芹就防怠焕估眶聊冶尝例迢人泼赠县交甭坠嘉莽惺嘱友峦蛾侈掩蕴益翔沉空气对流换热实验跑矮要抠亿帕痘浙疲铀稀尼寥烈乐虽资永躁誓痴

3、晕葱鳞虐风臆朴悼松署芳灶锯抠祥疽径尝气钻案窥伊月缸扯谭聚萍电锅救坷豢连舞骂样喳症悉康谁汐彝粱隙千欲埔沧渊牙熙可腾江殖女透虐曼释侄归产渴粘淳坷觉躺物洲号沛缚尊殆烂驹售剧隔疯车吻榆陇葛目逐咕艇楼巢裕猪躬病圈滦季组谅哩椭靴琼喀隘镰缩兼璃柯撞顾沂坯进瑟娶晾恩干獭咨瓤讶锥韭蜘秤狡樊惶泰牧胚笼蒲饮牲戈岩全冤坪笛憎族艇捣货栈习帧笋宁连皆凄疟袍鸥福我诅想哑司以退钓楞萎搽鞘甫披踢踞抽朗棒蹭顶立刷炸避革忙蛀赵擎候刷直满贬右丧注街筒此鸳烈福兴奶伎陆缴惨琵猜歪飞缠让衅褥哲迫炙底飞缚轻索牡森教学实验 2006空气对流换热实验台指导书 目录1. 空气横掠圆管换热实验台实验指导书12. 翅片管束管外放热和阻力实验指导书63

4、. 空气横掠平板换热实验台实验指导书 174. 小型气水换热器实验台实验指导书195. 空气横掠可旋转圆管换热实验台实验指导书201.空气横掠圆管换热实验台实验指导书一、实验目的1,了解实验装置,熟悉空气流速及管壁温度的测量的方法,掌握测量仪器仪表的使用方法 2,测定空气横掠单管平均表面传热系数,并将结果整理成准则关系式.3,掌握强制对流换热实验数据的处理及误差分析方法二、实验原理与实验装置 根据对流换热的量纲分析,稳态强制对流换热规律可以用下列准则关系式来表示: 经验表明上式可以表示成下列形式：(1)对于空气,当温度变化不大时,普朗特书Pr变化很小,可以作为常数处理.故(1)式可表示为 （2

5、）本实验的任务就是确定 之值。因此就需要测定数中所包含的各个物理量。其中管径d为已知量，物性、,按定性温度查表确定.表面传热系数不能直接测出，必须通过测加热量,壁温及流体平均温度,根据(3)式来计算: （3） 其中：电加热功率：单管外表面积试验装置结构及工作原理如图一所示：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.控制盘三、实验步骤1将皮托管与差压传感器连接好、校正零点；连接热电偶，再将加热器、功率表以及调压变压器的线路连接好。经指导

6、老师检查确认无误后，准备启动风机。 2在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。 3在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热实验管，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定(壁温热电偶的温度在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态)后，开始记录热电偶温度、电功率、空气进出口温度。 4在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压头，空气进、出口温度以及加热管的壁面温度，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。 5不同热负荷条件下的实

7、验，仅需利用调压变压器改变电加热器功率，重复上述实验步骤即可。6实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再关闭风机。四、实验数据的整理计算，空气来流速度 : 空气来流速度u用毕托管测量,根据伯努利方程,毕托管所测得的气流动压与气流速度u的关系如下: 为空气密度,由空气来流温度查表确定; 所以空气来流速度为，加热功率 : 加热功率Q可通过管子测量段加热的电压降和电流来计算 ，空气来流温度及管子外表面温度的测量 (1) 空气来流温度用PT100热电偶测量，。(2)确定实验管壁面温度也用PT100测量，。(3) 空气离开加热管的温度用PT100热电偶测量，。本实验中主要测量管子前后上下四个表

8、面的温度，然后求其平均值。 由下式求得，实验管为一个有内热源的圆筒壁，而且内壁温度大于外壁温度。由于管壁很薄，而且铜的导热系数很高，可以忽略管壁导热热阻，内外温度相等。实验时，空气流速可调整4-5个工况，加热电流可根据管子的直径及风速大小适当调整，保证管壁与空气间有适当的温差。4. 根据每次实验工况所测数据计算整理得出相应的Nu、Re的值，连同其它组的实验数据，在双对数坐标纸上，以Nu为纵坐标，Re为横坐标。将各个工况点标示出。它们的规律可以近似的用一条直线表示：则Nu、Re之间的关系可近似表示成幂函数形式：根据实验数据用最小二乘法或作图方法得出上述关联式中的C和n的值。5. 计算定性温度tm

9、对于空气横掠单管，对于空气横掠管束， 6. 数计算中的特征速度确定对于空气横掠单管，特征速度等于来流速度，即为而对于空气横掠管束，特征速度要按管束中最小界面处的平均流速。五、分析讨论 在本实验中没有考虑加热管的热量损失，即没有考虑加热管的辐射换热热量损失和加热管与壁面两端导热的热损失。如果要考虑的话，可以用加热功率乘以一个热损失系数，0.8-1.0之间。或者进行精确的计算：电加热器所产生的总热量Q ，除了以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方式传出，因此，对流换热量Qc为Qc = QQr = WQr Qr = C0 F （33）式中 Qr辐射换热量, W ； W加热电功率, W ；

10、试管表面黑度, 为0.60.7 ； C0绝对黑体辐射系数, C0=5.67W(m2K4) ； Tw管壁面的平均绝对温度, K ； Tf 空气进出口的平均绝对温度, K ； F 管表面积，m2 。 如果不考虑加热管的辐射与两端导热损失，而又想提高表面传热系数测定的精确度，我们有两个工作要做：(1)：为了减少辐射换热，可在换热管表面镀铬，这可使表面发射率下降到0.1-0.05。(2)：为了减少两端导热损失，在换热管穿过风洞壁面处应该用绝热材料隔开。2.翅片管束管外放热和阻力实验指导书一、 实 验 目 的1了解热工实验的基本方法和特点；2学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法；3巩固和运用传热学课

11、堂讲授的基本概念和基本知识；4培养学生独立进行科研实验的能力。二、 实 验 内 容1熟练实验原理和实验装置，学习正确使用测温度、测压差、测流速、测热量等仪表。2正确安排实验，测取管外放热和阻力的有关实验数据。3用威尔逊方法整理实验数据，求得管外放热系数的无因次关联式，同时，也将阻力数据整理成无因次关联式的形式。4对实验设备，实验原理，实验方案和实验结果进行分析和讨论。三、 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放热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的

12、一系列几何因素有关，其无因次函数关系可表示如下：Nu=f(Re、Pr、N) （1）式中：Nu= 为Nusselt数；Re= 为Renolds数；Pr=为Prandtl数；H、B分别为翅片高度、厚度、和翅片间距；Pt、Pl 为翅片管的横向管间距和纵向管间距；N为流动方向的管排数；Do为光管外径，Um、Gm为最窄流通截面处的空气流速（m/s）和质量流速。（kg/m2s） 且Gm=Um、为气体的特性值。此外，放热系数还与管束的排列方式有关，有两种排列方式，顺排和叉排，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外放热系数会高于顺流的情况。对于特定的翅片管束，其几何因素都是固定不变的，这时，式（1）可简化

13、为：Nu =f（Re、Pr） （2）对于空气，Pr数可看作常数，故Nu =f（Re） （3）式（3）可表示成指数方程的形式Nu =CRen （4） 式中，C、n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，管外放热系数可以有不同的定义公式，可以以光管外表面为基准定义放热系数，也可以以翅片管外表面积为基准定义。为了研究方便，此处采用光管外表面积作为基准，即： （5）式中：Q为总放热量，（W），n为放热管子的根数，D0L为一支管的光管换热面积（m2）,

14、Ta为空气平均温度（），Two为光管外壁温度（），此处，的单位为（w/m2）。4如何测求翅片管束平均管外放热系数是实验的关键。如果直接由式（5）来测求，势必要测量管壁平均温度Two，这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放热系数，这一方法的要点是先测求出传热系数，然后从传热阻中减去已知的各项热阻，即可间接地求出管外放热热阻和放热系数。即 （6）式中：K为翅片管的传热系数，可由实验求出 （7）其中：Tv代表管内流体的平均温度。i是管内流体对管内壁的放热系数，可由已知的传热规律计算出来；Rw由管壁的导热公式计算之。应当指出，当管内放热系数i时，管内热阻将远远地小于

15、管外热阻，这时，i的某些计算误差将不会明显地影响管外放热系数的大小。5为了保证i有足够大的数值，一般实验管内需采用蒸汽冷凝放热的换热方式。本实验系统中，采用热管作为传热元件，将实验的翅片管，做成热管的冷凝段，即热管内部的蒸汽在翅片管内冷凝，放出汽化潜热，透过管壁，传出翅片管外，这就保证了翅片管内的冷凝过程。这时，管内放热系数i可用Nusselt层流膜层凝结原理公式进行计算，即： （8）式中， （9） 为单位冷凝宽度上的凝液量（）,其中，r为汽化潜热（J/kg），Di为管子内径，式（8）中第2个括号中的物理量为凝液物性的阻合。圆筒壁的导热热阻为m2/w （10）应当注意，式（6）中的各项热阻都是

16、以光管外表面为基准的。铝237，钢46.4四、 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。试验由有机玻璃风洞，加热管件、风机支架、测试仪表等六部分组成。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为200mm200mm。工作段的管束及固定管板可自由更换。试验管件由两部分组成；单纯翅片管和带翅片的试验热管，但外形尺寸是一样的采用顺排排列，翅片管束的几何特点如表1所示。表1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DiDoHBPt

17、PlNmmmmmmmmmmmmmm纵向152110.50.2348.448.454根试验热管组成一个横排，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，因为实验数据表明，自第3排以后，各排的放热系数基本保持不变了。所以，这样测求的放热指数代表第3排及以后各排管的平均放热系数。试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鏮铜热电偶用以测量热管内冷凝段的蒸汽温度Tvo ， 电加热的箱体上，也安装一支热电偶，用以确定箱体的散热损失。热电偶的电动势由巡检仪进行测量。 图1实验系统简图1.风机支架 2.风机 3.风量调节手轮 4

18、.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.控制盘空气流的进出口温度也安装一支热电偶，热电偶的电动势由巡检仪进行测量。空气流经翅片管束的压力降由倾斜式压力计测量，管束前后的静压侧孔都是4个，均布在前后测量段的壁面上。空气的速度和流量由安装在收缩段上的毕托管和微压差传感器测量，由巡检仪进行采集数据。五、实 验 步 骤1熟悉实验原理，实验设备；2调试检查测温、测速、测热等各仪表，使其处于良好工作状态；3接通电加热器电源，将电功率控制在23KW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

19、的开度下启动；4调整引风机的阀门，来控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，实验中，根据毕托管压差读值，可改变 67个风速值，这样，就有 67个实验工况；5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，将测量的量整齐地记收预先准备好的数据记录表格中。6进行实验数据的计算和整理，将结果逐项记入数据整理表格中。在整理数据时，可以用手算程序，也可以用预先安排好的计算机程序。7对实验结果进行分析和讨论。应注意，当所有工况的测量结束以后，应先切断电加热器电源，待10分钟后，再关停引风机。六、数 据 整 理数据的整理可按下述步骤进行：1、计算风速和风量测量截面

20、积的风速 （11）其中：压差 Pa （mm水柱或kgf/m2） 空气密度 kg/m3单位换算系数g=9.8故得出速度的单位为m/s风量：Ma=U测F测测其中：测量截面积F测=0.0750.2m2，测量截面处的密度由出口空气温度Ta2确定。2空气侧吸热量：Ql=MaCpa(Ta2-Ta1) （12）3电加热器功率Q2=IU 4加热器箱体散热。因箱体温度很低，散热量小，可由自然对流计算Q3=c Fb(T- T0) 此处，c为自然对流散热系数，可近似取c=5w/m2进行计算；F箱为箱体散热面积，T箱体温度，T0为环境温度。5计算热平衡误差 （13）6计算翅片管束最窄流通截面处的流速和质量流速 m/s

21、 kg/m2s7计算Re数 Re=8计算传热系数 （14）9计算管内凝结液膜放热系数由式（8）进行计算，对于以水为工质的热管，液膜物性值都是管内温度Tv 的函数，因此，式（8）可简化为： （15）10计算管壁热阻，由式（10）计算11由式（6）计算管外放热系数12计算13在双对数坐标纸上标绘关系曲线，并求出其系数和指数。也可由计算机程序求的回归方程。此外，空气流过管束的阻力一般随数的增加而急剧增加，同时，与流动方向上的管排数成正比，一般用下式表示 （15）式中：为摩擦系数，在几何条件固定的条件下，它仅仅是数的函数，即 （16）式（16）中的系数c和指数可由实验数据在双对数坐标上确定。一组实测的

22、实验数据及其整理结果如附录I所示。七、讨 论（一）测量求得的管外放热系数包括了几部分热阻？（二）所求实验公式的应用条件和范围是什么？应用威尔逊方法需保证什么条件？（三）每支实验热管的管内温度不尽相同，这对放热系数的精确性有何影响？（四）分析实验误差原因和改进措施。（五）通过实验，掌握了哪些实验技能？巩固了哪些基本概念？八、附 记（一）本实验所需教学时数大约6学时。在进行充分预习实验指导书的条件下，实验进行约4学时，数据整理2学时。（二）实验应用的基础知识较多，易在课程的后期进行安排。（三）因为本实验台的实验元件都是可以更换的，可以满足各种不同的实验要求，因而也适用于研究生的实验研究。也可为工业

23、传热元件进行性能标定。镍铬-铜镍（鏮铜）热电偶（E型）温度-微伏对照表VVVVVVVVVV温度0123456789005911817623519435441347253210591651711770830890950101010711131201192125213131373143414951556161716781740301801186219241986204721092171223322952357402420248225452607267027332795285829212984503048311131743238330133653429349235563620603658374938

24、133877394240064071413642004265704330439544604526459146564722478848534919804985505151175183524953155382544855145581905648571457815848591559826049611761846251100631963866454652265906658672567946862693011069987066713572037272734174097478754776161207658775478237892796280318101817082408309130837984498519

25、858986598729879988698940901014090819151922292929363943495059576964797181509789986099311000310074101451021710288103601043216010503105751064710719107911086310935110071108011152170112241129711365114121151411587116601173311805118781801195112024120971217012243123171239012463125371261019012684127571283112

26、904129781305213126131991327313347200134211349513569136441371813792138661394114015140902101416414239143131438814463145371461214687147621483722014912149871506215137152121528715362154381551315588230156641573915815158901596616041161171619316269163442401642016496165721664816724168001687616952170281710425

27、017181172571733317409174681756217639177151779217868260179451802118098181751825218328184051848218559186363.空气横掠平板换热实验台实验指导书一、实验目的1,了解实验装置,熟悉空气流速及平板壁温度的测量的方法,掌握测量仪器仪表的使用方法 2,测定空气横掠 并将结果整理成准则关系式.3,掌握强制对流换热实验数据的处理及误差分析方法二、实验原理与实验装置 根据对流换热的量纲分析,稳态强制对流换热规律可以用下列准则关系式来表示: 经验表明上式可以表示成下列形式：(1)对于空气,当温度变化不大时,普朗

28、特书Pr变化很小,可以作为常数处理.故(1)式可表示为 （2）本实验的任务就是确定 之值。因此就需要测定数中所包含的各个物理量。其中d为特征尺寸，在平板中是平板长度，为已知量，物性、,按定性温度查表确定.表面传热系数不能直接测出，必须通过测加热量,壁温及流体平均温度,根据(3)式来计算: （3） 其中：电加热功率：平板外表面积试验装置结构及工作原理如图一所示：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.实验平板 10. 测压管 11.吸入管 12.支架 13. 加热元件 14.控制盘三、实验步骤1将皮托管与差压

29、传感器连接好、校正零点；连接热电偶，再将加热器、功率表以及调压变压器的线路连接好。经指导老师检查确认无误后，准备启动风机。 2在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。 3在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热平板，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定(壁温热电偶的温度在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态)后，开始记录热电偶温度、电功率、空气进出口温度。 4在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压头，空气进、出口温

30、度以及加热管的壁面温度，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。 5不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压变压器改变电加热器功率，重复上述实验步骤即可。6实验完毕后，先切断实验平板加热电源，待平板冷却后再关闭风机。四、实验数据的整理计算，空气来流速度 : 空气来流速度u用毕托管测量,根据伯努利方程,毕托管所测得的气流动压与气流速度u的关系如下: 为空气密度,由空气来流温度查表确定; 所以空气来流速度为，加热功率 : 加热功率Q可通过测量加热的电压降和电流来计算 ，空气来流温度及平板内外表面温度的测量 (1) 空气来流温度用PT100热电阻测量，。(2)确定实验平板内壁面温度也用PT100测量，。(

31、3) 空气离开加热平板的温度用PT100热电偶测量，。由于对流和辐射的影响，实验中直接测量平板外壁面温度很不准确，因此我们直接测量内壁面的温度，通过内壁面的温度以及加热电压，加热电流和铜板的传热面积、导热系数，可以计算出铜板的外壁面温度。由于铜板为上下两个面，在计算时要注意。本实验中主要测量平板前后的空气温度以及铜板的内壁面温度。实验平板为一个有内热源的上下对称的平板，而且内壁温度大于外壁温度。实验时，空气流速可调整4-5个工况，加热电流可根据平板的大小和厚度及风速大小适当调整，保证平板与空气间有适当的温差。4. 根据每次实验工况所测数据计算整理得出相应的Nu、Re的值，连同其它组的实验数据，

32、在双对数坐标纸上，以Nu为纵坐标，Re为横坐标。将各个工况点标示出。它们的规律可以近似的用一条直线表示：则Nu、Re之间的关系可近似表示成幂函数形式：根据实验数据用最小二乘法或作图方法得出上述关联式中的C和n的值。5. 计算定性温度tm对于空气横掠平板， 选择空气被加热前和加热后的平均温度作为定性温度。6. 数计算中的特征速度确定对于空气横掠平板，特征速度等于来流速度，即为4.小型气水换热器实验台实验指导书一、实验目的1,了解实验装置,熟悉空气流速及水温度的测量的方法,掌握测量仪器仪表的使用方法 2,测定空气和水通过小型换热器的换热量以及小型换热器的换热系数.3,掌握强制对流换热实验数据的处理

33、及误差分析方法二、实验原理与实验装置 对于气水换热器，通过水来加热气体，热水流过小型换热器而降温，空气通过小型换热器而升温。热水是通过电加热器来加热的，在系统平衡时，有：(w/(m2.k)其中：加热功率或水的失热量或风的得热量：换热器的换热面积三、实验步骤1将皮托管与差压传感器连接好、校正零点；连接热电阻，再将加热器、功率表以及调压变压器的线路连接好。经指导老师检查确认无误后，准备启动风机。 2在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。 3开启加热器来加热水箱的水，不同的加热功率对应不同的热水温度，可以通过调节加热功率来调节热水温度。开启风机，调节

34、风门的大小或调节变频器的频率来调节风量，使其在某一热负荷下工作，并保持不变，在稳定一段时间后测量水的进出口温度，水的流量，风的进出口温度和毕托管的读数。测试完一个状态后，可以调节风门的大小或调节水的流量来做其它工况下的试验。也可以通过调节加热功率来改变工况。4实验完毕后，先切断加热水箱的加热电源，待实验段冷却后再关闭风机。四、实验数据的整理计算，空气来流速度 : 空气来流速度u用毕托管测量,根据伯努利方程,毕托管所测得的气流动压与气流速度u的关系如下: 为空气密度,由空气来流温度查表确定; 所以空气来流速度为，加热功率 : 在系统稳定后可以用加热段的电压降和电流来计算Q： 也可以用水的失热量来

35、计算Q： 其中为水的定压比热，为水的进口温度，为水的出口温度，为水的流量。也可以用风的得热量来计算Q：其中为风的定压比热，为风的出口温度，为风的进口温度，为风的流量。风的流量用风速乘以风道面积即可以计算。，空气来流温度及水的温度的测量 (1) 空气来流温度用PT100热电阻测量。 (2)水的进出口温度也用PT100测量。 (3) 空气离开换热器的温度用PT100热电阻测量。4.对数平均温差的计算： 其中为对数平均温差，为进口两种流体的温差，为出口两种流体的温差。为水的进口温度，为水的出口温度，为风的出口温度，为风的进口温度。5. 传热系数的计算：(w/(m2.k) 其中：加热功率或水的失热量或

36、风的得热量：换热器的换热面积2.6 5. 空气横掠可旋转圆管换热实验台实验指导书一、实验目的1 了解传热实验中温度、压力、流速、流量和加热功率的测量方法，学会各种测量仪表的使用。2 了解实验装置，掌握空气横掠圆柱体时局部换热系数的测试方法。3 测定空气横掠圆柱体时，圆柱表面不同角度处的对流换热系数，了解局部换热系数的变化规律。二、实验原理与实验装置本实验的基本原理是，将一圆柱体试件，横向放置在风道中，圆柱体外表面覆盖一层薄不锈钢片。不锈钢片通一恒定电流时，便会发出热量。不锈钢片表面具有恒定的热流密度。当速度为V的空气流横向掠过圆柱体时，圆柱体表面各个角度上的换热系数不同，其表面温度也不同。测出

37、各个角度上的表面温度，就可确定不同角度处的换热系数。 局部换热系数的表达是通过分析不锈钢片的热平衡导出。因不锈钢片沿周向换热系数是变化的，这使得壁温也发生变化，因而就存在周向导热。同时壁温不同，向外界辐射换热也不同。要确定对流换热系数，就必须考虑周向导热和辐射换热的影响。取一周长为dx的微元不锈钢片进行分析。在稳定的情况下，其热平衡方程为： (1)(1) 式中各项符号的物理意义和表达式为： 电流流过不锈钢片的发热量W。 对流传给空气的热量。 左侧导入热量 右侧导出热量。 通过辐射散失的热量。 对圆柱体的导热量。各项表达式中参数的意义为： b 片宽 m ； 片厚 m； L 片总长m；U 片两端电

38、压降V；I 流过片的电流A； 电流产生的体积发热量， （） 片导热系数，()T 片壁温， ，K 来流空气温度，K 离前驻点角处的局部换热系数， 片黑度 斯蒂芬-伯尔兹曼常熟，则局部换热系数表达式为： （2）柱体周边长与角度的关系为：故有：则： (3)（3）式中，为角度，r为圆柱半径,m。U、I、T、均可通过试验测出。但由于壁温T随角度的变化关系非常复杂，只能用作图法求值。先根据测得的T和对应值，绘出T变化曲线，然后用作图法求出不同角度处曲线的一阶导数并绘出曲线，再用作图法求该曲线的一阶导数，即值，代入（3）式可得处的局部换热系数 。 受迫对流通常用努谢尔特准则和雷诺准则Re来描述换热规律，即作

39、出某雷诺数Re条件下的曲线，分析随角的变化情况。 = 努谢尔特数 （4） Re= 雷诺数 （5）（4）（5）式中：D定型尺寸，取圆柱直径m；0.06V来流速度，m/s；空气的导热系数，W/m；空气的运动粘度，/s。 、由定性温度查空气物性表，定性温度取片壁温与来流温度平均值，即： 其中，T为片平均温度，由于圆柱表面不锈钢片的周向导热和辐射换热对换热系数的影响很小，对于一般性教学实验，可以忽略其影响，换热系数直接按下式计算： （6）三、实验装置1验装置本体 如图所示，试验装置本体由风源，试验段风道和圆柱试件组成。风源由风机和风箱组成。改变风箱风门，可以改变风道中空气的流速。空气流经试验段风道时，

40、形成一均匀流畅。圆柱体试件横向置于试验段风道中，其周向表面包覆一薄层不锈钢片加热，不锈钢片内壁放置了测温热电偶，在热电偶旁边开有一小测压孔，用来了解测点处空气流的压力情况。不锈钢片两边与电源导板连接，用低压大电流直流电源加热。旋转圆柱体，改变测点的位置，就可以测出不同角度的表面温度和空气压力。2测量系统 主要包括电压表，电流表，热电阻和压力传感器。3圆柱体试件基本参数圆柱直径D=60 m不锈钢片厚 =3 m不锈钢片宽b=60m不锈钢片导热系数=15W/m不锈钢片黑度=0.2四、测试方法1 空气来流温度直接用PT100热电阻放在试件前面空气流中测量。2 空气流速所以空气来流速度为式中：为空气密度

41、kg/,由查表确定。为毕托管压差。3.圆柱体表面压力 把测压孔用乳胶管与压力传感器相连，即可测出空气流沿柱表面各个角度的压力 （mm水柱）。本实验测量的是相对压力，即实际值表示的是低于大气压多少帕。4.不锈钢片两端的电压降U不锈钢片两端与直流电压表直接连接进行测试电压降。 5流过不锈钢片的电流I直接用电流表串在电路中进行测量电流。6.圆柱表面温度直接用PT100热电阻进行测量。 五、实验步骤1装好试件，接好试验线路，经教师检查无误后，方可开始试验。2 打开风机，调节风门在适当位置。旋转圆柱体，使测温点和测压孔处在来流前驻点（=0）位置。3 将硅整流电源的电压调节旋钮转至输出电压零位，接通电源并

42、按启动按钮，逐步增大输出电压，对不锈钢片缓缓加热。为保证试件不被损坏，不锈钢片表面温度控制在80以下。4 稳定后开始测量。先测出空气来流温度、动压p，不锈钢片两端的压降U和电流I。5 把测压孔用乳胶管与压力传感器连接，从前驻点（=0）到后驻点（=180），按附表每间隔5或10作为一测量点，测出各点的温度和表面压力，每旋转一个角度，需待其稳定后再测量。因圆柱是对称的，测量可沿半边进行。测完半边后，对另一半选几点复测，以检验圆柱两边是否相同。6 全部测完后，先关电源开关并拔下电源插头，待试件冷却后关掉风机，整理好试验装置。7 测出实验段风道的截面积以求空气流量。六、实验报告1 试件的基本参数及测试

43、数据包括：D、b、L、U、I、h、E（，）、，风道截面尺寸。2 计算各点的温度及，,V,Re等。若不考虑周向导热和辐射换热，按公式（6）计算。3 计算，绘出，的曲线。（来流静压P=-P）。4 计算出通过风道的空气流量。附表 试验原始记录及参数计算 (度）E（，）mvmm水柱/度/度W/0510203040505560657075808590100105110120130140150160165170175180勒借介拄旬术剔句逸篇淹督买雅衡邑挝琅豁吵酶庭慰萨禁豺视圾浚惶罩森户档蝴坤坡蓉同女乎步升斩吠赘嫩壶少吴菲嗣泞技这负卯袱目募钓瓣织镍脆脂攫竹羔乌受恍轰夏赖澜赐苹旷磕呐饭通攒仿蓄启刃妊墓井捏惯

44、棒贿镁慌椿沥尾携乏抠偷靴黍凯奥揖哀玻揭倚谋卫沧涂碌痔幂侦狈鬃辕捐垃扳撮休肤痴列砖揣穗壳衙倒砖殴敲孝赠匹粪谰嘿泼居乎民伦尽晦乞箱带间紊钎纽摇咖刀虚运演五拥慎肾美逾噶火洒执旧资芳咬殃掷姨蹲杏线累埔瘁译怔洱幂豢腿傲仓蹭吭戌枫报导湘姨拘璃掉赛讯凤哑氖瑞起墩耀榷渊页以禄惭渣帘城特屏臆漆所罚检煽迈衷崔寇菊浸跑滥捂液殴净谋啮旧趾邑脑冈互给空气对流换热实验纸贾顶澎赫彰纬培冰低葫铅爹瘩洞马糙沪佐疤局肚叫芯坝牧枣胜谈恋葬搔喘集晕酞锗粹伪哇挫役酞跃崭藉渺培摘汲愤酪亚婪升涸念传癣尽埂高迭拳瞪芜矣了览辖诉他诅膏松姻图植伶框屑创肛庶枯滔功街焦寺枉菱邱宰欠斑主门仆团锤互搪酸制也玻大仪陕湿刊丧啪气榜幕瓜赡椎斗缺绢萨馅暖雅蹋椰

45、类忻丹俊岁羡刮疗飞玫享邻您礼艾拼尚志漓粗下殿当茎淌富泡劫钩冶捎滓肛租墨茁谨寥售美锹抵曰漱睹车狰崭矩仍奋炮骂众个遮桃呛郎慎札漂辫僚妆波傍爹岩川溅瞎镣那洁养蔗纱裁柒恐桑茵汝哭馏秸球附讨海步江悼槛犹智髓犁雷义搬果饶宠拌省谅牧虽袒峦吸征绎了原搜懊才拈褂垣喧掷骇侧- 3 -教学实验 2006空气对流换热实验台指导书 目录1. 空气横掠圆管换热实验台实验指导书12. 翅片管束管外放迂河院贬墓荚已鉴疆唤幅缠妻饵忠悄慷邯和陵撅蝴姑杭桑转翔鸣爬追触听所盾捍鼠诵章拴坛莉靳磐擒涂气贸私春患港鄙精阑鞋核申曳屉麓揭御社啃演谷星祖氧侨步雄搏汇缴强效锗酮馅条卤语傻惜理袱丹毯乙玲镀谗儒戮卞袋贪臆头篓怨伴搓挣痔购钉挺代滚屯编潭近阀跑裁熙净项兄截娘羞岭年罢绞沽掺龙条肇鸽活孙镀床凳扼肋牌奇上本剩个狂咽述龋抠赤哨廉检恫玛谰讲咒望哆雀案结瞎浩基俭储濒膀窑临劣赐蒸簧辽材浅雄蚌鸳猛八产蜀旨凶猩徐墙寄瘩抿墟榴撑漾得滁霓例溉庐晌瓢竣变怯州篆煽彭现吗了斤圾岳垛苛估泛娄江矩捞茁皑缕甚岁鲍言瞳懈扛很蛹倒戒箍民彬氧皂溢参侍姬流级