1、教學(xué)實(shí)驗(yàn) 2006空氣對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)指導(dǎo)書(shū) 目錄1. 空氣橫掠圓管換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)12. 翅片管束管外放熱和阻力實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)63. 空氣橫掠平板換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 174. 小型氣水換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)195. 空氣橫掠可旋轉(zhuǎn)圓管換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)201.空氣橫掠圓管換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,了解實(shí)驗(yàn)裝置,熟悉空氣流速及管壁溫度的測(cè)量的方法,掌握測(cè)量?jī)x器儀表的使用方法 2,測(cè)定空氣橫掠單管平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),并將結(jié)果整理成準(zhǔn)則關(guān)系式.3,掌握強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析方法二、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)裝置 根據(jù)對(duì)流換熱的量綱分析,穩(wěn)態(tài)強(qiáng)制對(duì)流換熱規(guī)律可以用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來(lái)表示:

2、經(jīng)驗(yàn)表明上式可以表示成下列形式：(1)對(duì)于空氣,當(dāng)溫度變化不大時(shí),普朗特書(shū)Pr變化很小,可以作為常數(shù)處理.故(1)式可表示為 （2）本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)就是確定 之值。因此就需要測(cè)定數(shù)中所包含的各個(gè)物理量。其中管徑d為已知量，物性、,按定性溫度查表確定.表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不能直接測(cè)出，必須通過(guò)測(cè)加熱量,壁溫及流體平均溫度,根據(jù)(3)式來(lái)計(jì)算: （3） 其中：電加熱功率：?jiǎn)喂芡獗砻娣e試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理如圖一所示：圖1實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.風(fēng)機(jī)支架 2.風(fēng)機(jī) 3.風(fēng)量調(diào)節(jié)手輪 4.過(guò)渡管 5.測(cè)壓管 6.測(cè)速段 7. 過(guò)渡管 8.測(cè)壓管 9.實(shí)驗(yàn)管段 10. 測(cè)壓管 11.吸入管 12.支架 13. 加熱元件

3、 14.控制盤(pán)三、實(shí)驗(yàn)步驟1將皮托管與差壓傳感器連接好、校正零點(diǎn)；連接熱電偶，再將加熱器、功率表以及調(diào)壓變壓器的線路連接好。經(jīng)指導(dǎo)老師檢查確認(rèn)無(wú)誤后，準(zhǔn)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。 2在關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口擋板的條件下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，讓風(fēng)機(jī)空載啟動(dòng)，然后根據(jù)需要開(kāi)啟出口擋板，調(diào)節(jié)風(fēng)量。 3在調(diào)壓變壓器指針位于零位時(shí)，合電閘加熱實(shí)驗(yàn)管，根據(jù)需要調(diào)整變壓器，使其在某一熱負(fù)荷下加熱，并保持不變，使壁溫達(dá)到穩(wěn)定(壁溫?zé)犭娕嫉臏囟仍谌昼妰?nèi)保持讀數(shù)不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài))后，開(kāi)始記錄熱電偶溫度、電功率、空氣進(jìn)出口溫度。 4在一定熱負(fù)荷下，通過(guò)調(diào)整風(fēng)量來(lái)改變Re數(shù)的大小，因此保持調(diào)壓變壓器的輸出電壓不變，依次調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口擋板，在

4、各個(gè)不同的開(kāi)度下測(cè)得其動(dòng)壓頭，空氣進(jìn)、出口溫度以及加熱管的壁面溫度，即為不同風(fēng)速下，同一負(fù)荷時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 5不同熱負(fù)荷條件下的實(shí)驗(yàn)，僅需利用調(diào)壓變壓器改變電加熱器功率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟即可。6實(shí)驗(yàn)完畢后，先切斷實(shí)驗(yàn)管加熱電源，待實(shí)驗(yàn)管冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理計(jì)算，空氣來(lái)流速度 : 空氣來(lái)流速度u用畢托管測(cè)量,根據(jù)伯努利方程,畢托管所測(cè)得的氣流動(dòng)壓與氣流速度u的關(guān)系如下: 為空氣密度,由空氣來(lái)流溫度查表確定; 所以空氣來(lái)流速度為，加熱功率 : 加熱功率Q可通過(guò)管子測(cè)量段加熱的電壓降和電流來(lái)計(jì)算 ，空氣來(lái)流溫度及管子外表面溫度的測(cè)量 (1) 空氣來(lái)流溫度用PT100熱電偶測(cè)量，。(2

5、)確定實(shí)驗(yàn)管壁面溫度也用PT100測(cè)量，。(3) 空氣離開(kāi)加熱管的溫度用PT100熱電偶測(cè)量，。本實(shí)驗(yàn)中主要測(cè)量管子前后上下四個(gè)表面的溫度，然后求其平均值。 由下式求得，實(shí)驗(yàn)管為一個(gè)有內(nèi)熱源的圓筒壁，而且內(nèi)壁溫度大于外壁溫度。由于管壁很薄，而且銅的導(dǎo)熱系數(shù)很高，可以忽略管壁導(dǎo)熱熱阻，內(nèi)外溫度相等。實(shí)驗(yàn)時(shí)，空氣流速可調(diào)整4-5個(gè)工況，加熱電流可根據(jù)管子的直徑及風(fēng)速大小適當(dāng)調(diào)整，保證管壁與空氣間有適當(dāng)?shù)臏夭睢?. 根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)工況所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算整理得出相應(yīng)的Nu、Re的值，連同其它組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，以Nu為縱坐標(biāo)，Re為橫坐標(biāo)。將各個(gè)工況點(diǎn)標(biāo)示出。它們的規(guī)律可以近似的用一條直線表示：則

6、Nu、Re之間的關(guān)系可近似表示成冪函數(shù)形式：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法或作圖方法得出上述關(guān)聯(lián)式中的C和n的值。5. 計(jì)算定性溫度tm對(duì)于空氣橫掠單管，對(duì)于空氣橫掠管束， 6. 數(shù)計(jì)算中的特征速度確定對(duì)于空氣橫掠單管，特征速度等于來(lái)流速度，即為而對(duì)于空氣橫掠管束，特征速度要按管束中最小界面處的平均流速。五、分析討論 在之間。或者進(jìn)行精確的計(jì)算：電加熱器所產(chǎn)生的總熱量Q ，除了以對(duì)流方式由管壁傳給空氣外，還有一部分是以輻射方式傳出，因此，對(duì)流換熱量Qc為Qc = QQr = WQr Qr = C0 F （33）式中 Qr輻射換熱量, W ； W加熱電功率, W ； 試管表面黑度, 為0.60.7 ；

7、 C0絕對(duì)黑體輻射系數(shù), C0=5.67W(m2K4) ； Tw管壁面的平均絕對(duì)溫度, K ； Tf 空氣進(jìn)出口的平均絕對(duì)溫度, K ； F 管表面積，m2 。 如果不考慮加熱管的輻射與兩端導(dǎo)熱損失，而又想提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測(cè)定的精確度，我們有兩個(gè)工作要做：(1)：為了減少輻射換熱，可在換熱管表面鍍鉻，這可使表面發(fā)射率下降到0.1-0.05。(2)：為了減少兩端導(dǎo)熱損失，在換熱管穿過(guò)風(fēng)洞壁面處應(yīng)該用絕熱材料隔開(kāi)。2.翅片管束管外放熱和阻力實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、 實(shí) 驗(yàn) 目 的1了解熱工實(shí)驗(yàn)的基本方法和特點(diǎn)；2學(xué)會(huì)翅片管束管外放熱和阻力的實(shí)驗(yàn)研究方法；3鞏固和運(yùn)用傳熱學(xué)課堂講授的基本概念和基本知識(shí)；4培養(yǎng)

8、學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)的能力。二、 實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容1熟練實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)習(xí)正確使用測(cè)溫度、測(cè)壓差、測(cè)流速、測(cè)熱量等儀表。2正確安排實(shí)驗(yàn)，測(cè)取管外放熱和阻力的有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3用威爾遜方法整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求得管外放熱系數(shù)的無(wú)因次關(guān)聯(lián)式，同時(shí)，也將阻力數(shù)據(jù)整理成無(wú)因次關(guān)聯(lián)式的形式。4對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。三、 實(shí) 驗(yàn) 原 理1翅片管是換熱器中常用的一種傳熱元件，由于擴(kuò)展了管外傳熱面積，故可使光管的傳熱熱阻大大下降，特別適用于氣體側(cè)換熱的場(chǎng)合。2空氣（氣體）橫向流過(guò)翅片管束時(shí)的對(duì)流放熱系數(shù)除了與空氣流速及物性有關(guān)以外，還與翅片管束的一系列幾何因素有關(guān)，其無(wú)因次函數(shù)關(guān)

9、系可表示如下：Nu=f(Re、Pr、N) （1）式中：Nu= 為Nusselt數(shù)；Re= 為Renolds數(shù)；Pr=為Prandtl數(shù)；H、B分別為翅片高度、厚度、和翅片間距；Pt、Pl 為翅片管的橫向管間距和縱向管間距；N為流動(dòng)方向的管排數(shù)；Do為光管外徑，Um、Gm為最窄流通截面處的空氣流速（m/s）和質(zhì)量流速。（kg/m2s） 且Gm=Um、為氣體的特性值。此外，放熱系數(shù)還與管束的排列方式有關(guān)，有兩種排列方式，順排和叉排，由于在叉排管束中流體的紊流度較大，故其管外放熱系數(shù)會(huì)高于順流的情況。對(duì)于特定的翅片管束，其幾何因素都是固定不變的，這時(shí)，式（1）可簡(jiǎn)化為：Nu =f（Re、Pr） （2

10、）對(duì)于空氣，Pr數(shù)可看作常數(shù)，故Nu =f（Re） （3）式（3）可表示成指數(shù)方程的形式Nu =CRen （4） 式中，C、n為實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的系數(shù)和指數(shù)。這一形式的公式只適用于特定幾何條件下的管束，為了在實(shí)驗(yàn)公式中能反映翅片管和翅片管束的幾何變量的影響，需要分別改變幾何參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理。3對(duì)于翅片管，管外放熱系數(shù)可以有不同的定義公式，可以以光管外表面為基準(zhǔn)定義放熱系數(shù)，也可以以翅片管外表面積為基準(zhǔn)定義。為了研究方便，此處采用光管外表面積作為基準(zhǔn)，即： （5）式中：Q為總放熱量，（W），n為放熱管子的根數(shù)，D0L為一支管的光管換熱面積（m2）,Ta為空氣平均溫度（），Two為光

11、管外壁溫度（），此處，的單位為（w/m2）。4如何測(cè)求翅片管束平均管外放熱系數(shù)是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。如果直接由式（5）來(lái)測(cè)求，勢(shì)必要測(cè)量管壁平均溫度Two，這是一件很困難的任務(wù)。采用一種工程上更通用的方法，即：威爾遜方法測(cè)求管外放熱系數(shù)，這一方法的要點(diǎn)是先測(cè)求出傳熱系數(shù)，然后從傳熱阻中減去已知的各項(xiàng)熱阻，即可間接地求出管外放熱熱阻和放熱系數(shù)。即 （6）式中：K為翅片管的傳熱系數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)求出 （7）其中：Tv代表管內(nèi)流體的平均溫度。i是管內(nèi)流體對(duì)管內(nèi)壁的放熱系數(shù)，可由已知的傳熱規(guī)律計(jì)算出來(lái)；Rw由管壁的導(dǎo)熱公式計(jì)算之。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)管內(nèi)放熱系數(shù)i>>時(shí)，管內(nèi)熱阻將遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于管外熱阻，這時(shí)，i

12、的某些計(jì)算誤差將不會(huì)明顯地影響管外放熱系數(shù)的大小。5為了保證i有足夠大的數(shù)值，一般實(shí)驗(yàn)管內(nèi)需采用蒸汽冷凝放熱的換熱方式。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，采用熱管作為傳熱元件，將實(shí)驗(yàn)的翅片管，做成熱管的冷凝段，即熱管內(nèi)部的蒸汽在翅片管內(nèi)冷凝，放出汽化潛熱，透過(guò)管壁，傳出翅片管外，這就保證了翅片管內(nèi)的冷凝過(guò)程。這時(shí)，管內(nèi)放熱系數(shù)i可用Nusselt層流膜層凝結(jié)原理公式進(jìn)行計(jì)算，即： （8）式中， （9） 為單位冷凝寬度上的凝液量（）,其中，r為汽化潛熱（J/kg），Di為管子內(nèi)徑，式（8）中第2個(gè)括號(hào)中的物理量為凝液物性的阻合。圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻為m2/w （10）應(yīng)當(dāng)注意，式（6）中的各項(xiàng)熱阻都是以光管外表面為基準(zhǔn)

13、的。鋁237，鋼46.4四、 實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 備實(shí)驗(yàn)的翅片管束安裝在一臺(tái)低速風(fēng)洞中實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試儀表如圖1所示。試驗(yàn)由有機(jī)玻璃風(fēng)洞，加熱管件、風(fēng)機(jī)支架、測(cè)試儀表等六部分組成。有機(jī)玻璃風(fēng)洞由帶整流隔柵的入口段，整流絲網(wǎng)、平穩(wěn)段、前測(cè)量段、工作段、后測(cè)量段、收縮段、測(cè)速段、擴(kuò)壓段等組成。工作段和前后測(cè)量段的內(nèi)部橫截面積為200mm×200mm。工作段的管束及固定管板可自由更換。試驗(yàn)管件由兩部分組成；單純翅片管和帶翅片的試驗(yàn)熱管，但外形尺寸是一樣的采用順排排列，翅片管束的幾何特點(diǎn)如表1所示。表1翅片管內(nèi) 徑翅片管外 徑翅片高度翅片厚度翅片間距橫向管間 距縱向管間 距管排數(shù)DiDoHBPtPlN

14、mmmmmmmmmmmmmm縱向152110.50.2348.448.454根試驗(yàn)熱管組成一個(gè)橫排，可以放在任何一排的位置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一般放在第3排的位置上，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，自第3排以后，各排的放熱系數(shù)基本保持不變了。所以，這樣測(cè)求的放熱指數(shù)代表第3排及以后各排管的平均放熱系數(shù)。試驗(yàn)熱管的加熱段由專(zhuān)門(mén)的電加熱器進(jìn)行加熱，電加熱器的電功率由電流、電壓表進(jìn)行測(cè)量。每一支熱管的內(nèi)部插入一支銅鏮銅熱電偶用以測(cè)量熱管內(nèi)冷凝段的蒸汽溫度Tvo ， 電加熱的箱體上，也安裝一支熱電偶，用以確定箱體的散熱損失。熱電偶的電動(dòng)勢(shì)由巡檢儀進(jìn)行測(cè)量。 圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.風(fēng)機(jī)支架 2.風(fēng)機(jī) 3.風(fēng)量調(diào)節(jié)手輪 4.過(guò)渡

15、管 5.測(cè)壓管 6.測(cè)速段 7. 過(guò)渡管 8.測(cè)壓管 9.實(shí)驗(yàn)管段 10. 測(cè)壓管 11.吸入管 12.支架 13. 加熱元件 14.控制盤(pán)空氣流的進(jìn)出口溫度也安裝一支熱電偶，熱電偶的電動(dòng)勢(shì)由巡檢儀進(jìn)行測(cè)量。空氣流經(jīng)翅片管束的壓力降由傾斜式壓力計(jì)測(cè)量，管束前后的靜壓側(cè)孔都是4個(gè)，均布在前后測(cè)量段的壁面上。空氣的速度和流量由安裝在收縮段上的畢托管和微壓差傳感器測(cè)量，由巡檢儀進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。五、實(shí) 驗(yàn) 步 驟1熟悉實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)備；2調(diào)試檢查測(cè)溫、測(cè)速、測(cè)熱等各儀表，使其處于良好工作狀態(tài)；3接通電加熱器電源，將電功率控制在23KW之間，預(yù)熱510分鐘后，開(kāi)動(dòng)引風(fēng)機(jī)，注意到引風(fēng)機(jī)需在空載或很小的開(kāi)度

16、下啟動(dòng)；4調(diào)整引風(fēng)機(jī)的閥門(mén)，來(lái)控制實(shí)驗(yàn)工況的空氣流速，一般，空氣風(fēng)速應(yīng)從小到大逐漸增加，實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)畢托管壓差讀值，可改變 67個(gè)風(fēng)速值，這樣，就有 67個(gè)實(shí)驗(yàn)工況；5在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)工況下，待確認(rèn)設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)后，進(jìn)行所有物理量的測(cè)量和記錄，將測(cè)量的量整齊地記收預(yù)先準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)記錄表格中。6進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算和整理，將結(jié)果逐項(xiàng)記入數(shù)據(jù)整理表格中。在整理數(shù)據(jù)時(shí)，可以用手算程序，也可以用預(yù)先安排好的計(jì)算機(jī)程序。7對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。應(yīng)注意，當(dāng)所有工況的測(cè)量結(jié)束以后，應(yīng)先切斷電加熱器電源，待10分鐘后，再關(guān)停引風(fēng)機(jī)。六、數(shù) 據(jù) 整 理數(shù)據(jù)的整理可按下述步驟進(jìn)行：1、計(jì)算風(fēng)速和風(fēng)量測(cè)量截面積的風(fēng)

17、速 （11）其中：壓差 Pa （mm水柱或kgf/m2） 空氣密度 kg/m3單位換算系數(shù)g=9.8故得出速度的單位為m/s風(fēng)量：Ma=U測(cè)F測(cè)測(cè)其中：測(cè)量截面積F測(cè)=0.0750.2m2，測(cè)量截面處的密度由出口空氣溫度Ta2確定。2空氣側(cè)吸熱量：Ql=MaCpa(Ta2-Ta1) （12）3電加熱器功率Q2=IU 4加熱器箱體散熱。因箱體溫度很低，散熱量小，可由自然對(duì)流計(jì)算Q3=c Fb(T- T0) 此處，c為自然對(duì)流散熱系數(shù)，可近似取c=5w/m2進(jìn)行計(jì)算；F箱為箱體散熱面積，T箱體溫度，T0為環(huán)境溫度。5計(jì)算熱平衡誤差 （13）6計(jì)算翅片管束最窄流通截面處的流速和質(zhì)量流速 m/s kg

18、/m2s7計(jì)算Re數(shù) Re=8計(jì)算傳熱系數(shù) （14）9計(jì)算管內(nèi)凝結(jié)液膜放熱系數(shù)由式（8）進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于以水為工質(zhì)的熱管，液膜物性值都是管內(nèi)溫度Tv 的函數(shù)，因此，式（8）可簡(jiǎn)化為： （15）10計(jì)算管壁熱阻，由式（10）計(jì)算11由式（6）計(jì)算管外放熱系數(shù)12計(jì)算13在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪關(guān)系曲線，并求出其系數(shù)和指數(shù)。也可由計(jì)算機(jī)程序求的回歸方程。此外，空氣流過(guò)管束的阻力一般隨數(shù)的增加而急劇增加，同時(shí)，與流動(dòng)方向上的管排數(shù)成正比，一般用下式表示 （15）式中：為摩擦系數(shù)，在幾何條件固定的條件下，它僅僅是數(shù)的函數(shù)，即 （16）式（16）中的系數(shù)c和指數(shù)可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上確定。一組實(shí)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)

19、據(jù)及其整理結(jié)果如附錄I所示。七、討 論（一）測(cè)量求得的管外放熱系數(shù)包括了幾部分熱阻？（二）所求實(shí)驗(yàn)公式的應(yīng)用條件和范圍是什么？應(yīng)用威爾遜方法需保證什么條件？（三）每支實(shí)驗(yàn)熱管的管內(nèi)溫度不盡相同，這對(duì)放熱系數(shù)的精確性有何影響？（四）分析實(shí)驗(yàn)誤差原因和改進(jìn)措施。（五）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，掌握了哪些實(shí)驗(yàn)技能？鞏固了哪些基本概念？八、附 記（一）本實(shí)驗(yàn)所需教學(xué)時(shí)數(shù)大約6學(xué)時(shí)。在進(jìn)行充分預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的條件下，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行約4學(xué)時(shí)，數(shù)據(jù)整理2學(xué)時(shí)。（二）實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)較多，易在課程的后期進(jìn)行安排。（三）因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)元件都是可以更換的，可以滿(mǎn)足各種不同的實(shí)驗(yàn)要求，因而也適用于研究生的實(shí)驗(yàn)研究。也可為工業(yè)傳熱元

20、件進(jìn)行性能標(biāo)定。鎳鉻-銅鎳（鏮銅）熱電偶（E型）溫度-微伏對(duì)照表VVVVVVVVVV溫度0123456789005911817623519435441347253210591651711770830890950101010711131201192125213131373143414951556161716781740301801186219241986204721092171223322952357402420248225452607267027332795285829212984503048311131743238330133653429349235563620603658374938133

21、877394240064071413642004265704330439544604526459146564722478848534919804985505151175183524953155382544855145581905648571457815848591559826049611761846251100631963866454652265906658672567946862693011069987066713572037272734174097478754776161207658775478237892796280318101817082408309130837984498519858

22、986598729879988698940901014090819151922292929363943495059576964797181509789986099311000310074101451021710288103601043216010503105751064710719107911086310935110071108011152170112241129711365114121151411587116601173311805118781801195112024120971217012243123171239012463125371261019012684127571283112904

23、129781305213126131991327313347200134211349513569136441371813792138661394114015140902101416414239143131438814463145371461214687147621483722014912149871506215137152121528715362154381551315588230156641573915815158901596616041161171619316269163442401642016496165721664816724168001687616952170281710425017

24、181172571733317409174681756217639177151779217868260179451802118098181751825218328184051848218559186363.空氣橫掠平板換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,了解實(shí)驗(yàn)裝置,熟悉空氣流速及平板壁溫度的測(cè)量的方法,掌握測(cè)量?jī)x器儀表的使用方法 2,測(cè)定空氣橫掠 并將結(jié)果整理成準(zhǔn)則關(guān)系式.3,掌握強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析方法二、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)裝置 根據(jù)對(duì)流換熱的量綱分析,穩(wěn)態(tài)強(qiáng)制對(duì)流換熱規(guī)律可以用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來(lái)表示: 經(jīng)驗(yàn)表明上式可以表示成下列形式：(1)對(duì)于空氣,當(dāng)溫度變化不大時(shí),普朗特書(shū)P

25、r變化很小,可以作為常數(shù)處理.故(1)式可表示為 （2）本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)就是確定 之值。因此就需要測(cè)定數(shù)中所包含的各個(gè)物理量。其中d為特征尺寸，在平板中是平板長(zhǎng)度，為已知量，物性、,按定性溫度查表確定.表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不能直接測(cè)出，必須通過(guò)測(cè)加熱量,壁溫及流體平均溫度,根據(jù)(3)式來(lái)計(jì)算: （3） 其中：電加熱功率：平板外表面積試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理如圖一所示：圖1實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.風(fēng)機(jī)支架 2.風(fēng)機(jī) 3.風(fēng)量調(diào)節(jié)手輪 4.過(guò)渡管 5.測(cè)壓管 6.測(cè)速段 7. 過(guò)渡管 8.測(cè)壓管 9.實(shí)驗(yàn)平板 10. 測(cè)壓管 11.吸入管 12.支架 13. 加熱元件 14.控制盤(pán)三、實(shí)驗(yàn)步驟1將皮托管與差壓傳感器

26、連接好、校正零點(diǎn)；連接熱電偶，再將加熱器、功率表以及調(diào)壓變壓器的線路連接好。經(jīng)指導(dǎo)老師檢查確認(rèn)無(wú)誤后，準(zhǔn)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。 2在關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口擋板的條件下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，讓風(fēng)機(jī)空載啟動(dòng)，然后根據(jù)需要開(kāi)啟出口擋板，調(diào)節(jié)風(fēng)量。 3在調(diào)壓變壓器指針位于零位時(shí)，合電閘加熱平板，根據(jù)需要調(diào)整變壓器，使其在某一熱負(fù)荷下加熱，并保持不變，使壁溫達(dá)到穩(wěn)定(壁溫?zé)犭娕嫉臏囟仍谌昼妰?nèi)保持讀數(shù)不變，即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài))后，開(kāi)始記錄熱電偶溫度、電功率、空氣進(jìn)出口溫度。 4在一定熱負(fù)荷下，通過(guò)調(diào)整風(fēng)量來(lái)改變Re數(shù)的大小，因此保持調(diào)壓變壓器的輸出電壓不變，依次調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口擋板，在各個(gè)不同的開(kāi)度下測(cè)得其動(dòng)壓頭，空氣進(jìn)、出口溫度以及

27、加熱管的壁面溫度，即為不同風(fēng)速下，同一負(fù)荷時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 5不同熱負(fù)荷條件下的實(shí)驗(yàn)，僅需利用調(diào)壓變壓器改變電加熱器功率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟即可。6實(shí)驗(yàn)完畢后，先切斷實(shí)驗(yàn)平板加熱電源，待平板冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理計(jì)算，空氣來(lái)流速度 : 空氣來(lái)流速度u用畢托管測(cè)量,根據(jù)伯努利方程,畢托管所測(cè)得的氣流動(dòng)壓與氣流速度u的關(guān)系如下: 為空氣密度,由空氣來(lái)流溫度查表確定; 所以空氣來(lái)流速度為，加熱功率 : 加熱功率Q可通過(guò)測(cè)量加熱的電壓降和電流來(lái)計(jì)算 ，空氣來(lái)流溫度及平板內(nèi)外表面溫度的測(cè)量 (1) 空氣來(lái)流溫度用PT100熱電阻測(cè)量，。(2)確定實(shí)驗(yàn)平板內(nèi)壁面溫度也用PT100測(cè)量，。(3)

28、空氣離開(kāi)加熱平板的溫度用PT100熱電偶測(cè)量，。由于對(duì)流和輻射的影響，實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)量平板外壁面溫度很不準(zhǔn)確，因此我們直接測(cè)量?jī)?nèi)壁面的溫度，通過(guò)內(nèi)壁面的溫度以及加熱電壓，加熱電流和銅板的傳熱面積、導(dǎo)熱系數(shù)，可以計(jì)算出銅板的外壁面溫度。由于銅板為上下兩個(gè)面，在計(jì)算時(shí)要注意。本實(shí)驗(yàn)中主要測(cè)量平板前后的空氣溫度以及銅板的內(nèi)壁面溫度。實(shí)驗(yàn)平板為一個(gè)有內(nèi)熱源的上下對(duì)稱(chēng)的平板，而且內(nèi)壁溫度大于外壁溫度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，空氣流速可調(diào)整4-5個(gè)工況，加熱電流可根據(jù)平板的大小和厚度及風(fēng)速大小適當(dāng)調(diào)整，保證平板與空氣間有適當(dāng)?shù)臏夭睢?. 根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)工況所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算整理得出相應(yīng)的Nu、Re的值，連同其它組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在雙對(duì)

29、數(shù)坐標(biāo)紙上，以Nu為縱坐標(biāo)，Re為橫坐標(biāo)。將各個(gè)工況點(diǎn)標(biāo)示出。它們的規(guī)律可以近似的用一條直線表示：則Nu、Re之間的關(guān)系可近似表示成冪函數(shù)形式：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法或作圖方法得出上述關(guān)聯(lián)式中的C和n的值。5. 計(jì)算定性溫度tm對(duì)于空氣橫掠平板， 選擇空氣被加熱前和加熱后的平均溫度作為定性溫度。6. 數(shù)計(jì)算中的特征速度確定對(duì)于空氣橫掠平板，特征速度等于來(lái)流速度，即為4.小型氣水換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,了解實(shí)驗(yàn)裝置,熟悉空氣流速及水溫度的測(cè)量的方法,掌握測(cè)量?jī)x器儀表的使用方法 2,測(cè)定空氣和水通過(guò)小型換熱器的換熱量以及小型換熱器的換熱系數(shù).3,掌握強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差

30、分析方法二、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)裝置 對(duì)于氣水換熱器，通過(guò)水來(lái)加熱氣體，熱水流過(guò)小型換熱器而降溫，空氣通過(guò)小型換熱器而升溫。熱水是通過(guò)電加熱器來(lái)加熱的，在系統(tǒng)平衡時(shí)，有：(w/(m2.k)其中：加熱功率或水的失熱量或風(fēng)的得熱量：換熱器的換熱面積三、實(shí)驗(yàn)步驟1將皮托管與差壓傳感器連接好、校正零點(diǎn)；連接熱電阻，再將加熱器、功率表以及調(diào)壓變壓器的線路連接好。經(jīng)指導(dǎo)老師檢查確認(rèn)無(wú)誤后，準(zhǔn)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。 2在關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口擋板的條件下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，讓風(fēng)機(jī)空載啟動(dòng)，然后根據(jù)需要開(kāi)啟出口擋板，調(diào)節(jié)風(fēng)量。 3開(kāi)啟加熱器來(lái)加熱水箱的水，不同的加熱功率對(duì)應(yīng)不同的熱水溫度，可以通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率來(lái)調(diào)節(jié)熱水溫度。開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的

31、大小或調(diào)節(jié)變頻器的頻率來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，使其在某一熱負(fù)荷下工作，并保持不變，在穩(wěn)定一段時(shí)間后測(cè)量水的進(jìn)出口溫度，水的流量，風(fēng)的進(jìn)出口溫度和畢托管的讀數(shù)。測(cè)試完一個(gè)狀態(tài)后，可以調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的大小或調(diào)節(jié)水的流量來(lái)做其它工況下的試驗(yàn)。也可以通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率來(lái)改變工況。4實(shí)驗(yàn)完畢后，先切斷加熱水箱的加熱電源，待實(shí)驗(yàn)段冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理計(jì)算，空氣來(lái)流速度 : 空氣來(lái)流速度u用畢托管測(cè)量,根據(jù)伯努利方程,畢托管所測(cè)得的氣流動(dòng)壓與氣流速度u的關(guān)系如下: 為空氣密度,由空氣來(lái)流溫度查表確定; 所以空氣來(lái)流速度為，加熱功率 : 在系統(tǒng)穩(wěn)定后可以用加熱段的電壓降和電流來(lái)計(jì)算Q： 也可以用水的失熱量來(lái)計(jì)算Q

32、： 其中為水的定壓比熱，為水的進(jìn)口溫度，為水的出口溫度，為水的流量。也可以用風(fēng)的得熱量來(lái)計(jì)算Q：其中為風(fēng)的定壓比熱，為風(fēng)的出口溫度，為風(fēng)的進(jìn)口溫度，為風(fēng)的流量。風(fēng)的流量用風(fēng)速乘以風(fēng)道面積即可以計(jì)算。，空氣來(lái)流溫度及水的溫度的測(cè)量 (1) 空氣來(lái)流溫度用PT100熱電阻測(cè)量。 (2)水的進(jìn)出口溫度也用PT100測(cè)量。 (3) 空氣離開(kāi)換熱器的溫度用PT100熱電阻測(cè)量。4.對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算： 其中為對(duì)數(shù)平均溫差，為進(jìn)口兩種流體的溫差，為出口兩種流體的溫差。為水的進(jìn)口溫度，為水的出口溫度，為風(fēng)的出口溫度，為風(fēng)的進(jìn)口溫度。5. 傳熱系數(shù)的計(jì)算：(w/(m2.k) 其中：加熱功率或水的失熱量或風(fēng)的得

33、熱量：換熱器的換熱面積2.6 5. 空氣橫掠可旋轉(zhuǎn)圓管換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?  了解傳熱實(shí)驗(yàn)中溫度、壓力、流速、流量和加熱功率的測(cè)量方法，學(xué)會(huì)各種測(cè)量?jī)x表的使用。2  了解實(shí)驗(yàn)裝置，掌握空氣橫掠圓柱體時(shí)局部換熱系數(shù)的測(cè)試方法。3  測(cè)定空氣橫掠圓柱體時(shí)，圓柱表面不同角度處的對(duì)流換熱系數(shù)，了解局部換熱系數(shù)的變化規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)的基本原理是，將一圓柱體試件，橫向放置在風(fēng)道中，圓柱體外表面覆蓋一層薄不銹鋼片。不銹鋼片通一恒定電流時(shí)，便會(huì)發(fā)出熱量。不銹鋼片表面具有恒定的熱流密度。當(dāng)速度為V的空氣流橫向掠過(guò)圓柱體時(shí)，圓柱體表面各個(gè)角度上的換熱系

34、數(shù)不同，其表面溫度也不同。測(cè)出各個(gè)角度上的表面溫度，就可確定不同角度處的換熱系數(shù)。 局部換熱系數(shù)的表達(dá)是通過(guò)分析不銹鋼片的熱平衡導(dǎo)出。因不銹鋼片沿周向換熱系數(shù)是變化的，這使得壁溫也發(fā)生變化，因而就存在周向?qū)帷Ｍ瑫r(shí)壁溫不同，向外界輻射換熱也不同。要確定對(duì)流換熱系數(shù)，就必須考慮周向?qū)岷洼椛鋼Q熱的影響。取一周長(zhǎng)為dx的微元不銹鋼片進(jìn)行分析。在穩(wěn)定的情況下，其熱平衡方程為： (1)(1) 式中各項(xiàng)符號(hào)的物理意義和表達(dá)式為： 電流流過(guò)不銹鋼片的發(fā)熱量W。 對(duì)流傳給空氣的熱量。 左側(cè)導(dǎo)入熱量 右側(cè)導(dǎo)出熱量。 通過(guò)輻射散失的熱量。 對(duì)圓柱體的導(dǎo)熱量。各項(xiàng)表達(dá)式中參數(shù)的意義為： b 片寬 m ； 片厚 m

35、； L 片總長(zhǎng)m；U 片兩端電壓降V；I 流過(guò)片的電流A； 電流產(chǎn)生的體積發(fā)熱量， （） 片導(dǎo)熱系數(shù)，()T 片壁溫， ，K 來(lái)流空氣溫度，K 離前駐點(diǎn)角處的局部換熱系數(shù)， 片黑度 斯蒂芬-伯爾茲曼常熟，則局部換熱系數(shù)表達(dá)式為： （2）柱體周邊長(zhǎng)與角度的關(guān)系為：故有：則： (3)（3）式中，為角度，r為圓柱半徑,m。U、I、T、均可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出。但由于壁溫T隨角度的變化關(guān)系非常復(fù)雜，只能用作圖法求值。先根據(jù)測(cè)得的T和對(duì)應(yīng)值，繪出T變化曲線，然后用作圖法求出不同角度處曲線的一階導(dǎo)數(shù)并繪出曲線，再用作圖法求該曲線的一階導(dǎo)數(shù)，即值，代入（3）式可得處的局部換熱系數(shù) 。 受迫對(duì)流通常用努謝爾特準(zhǔn)則和雷

36、諾準(zhǔn)則Re來(lái)描述換熱規(guī)律，即作出某雷諾數(shù)Re條件下的曲線，分析隨角的變化情況。 = 努謝爾特?cái)?shù) （4） Re= 雷諾數(shù) （5）（4）（5）式中：D定型尺寸，取圓柱直徑m；0.06V來(lái)流速度，m/s；空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m；空氣的運(yùn)動(dòng)粘度，/s。 、由定性溫度查空氣物性表，定性溫度取片壁溫與來(lái)流溫度平均值，即： 其中，T為片平均溫度，由于圓柱表面不銹鋼片的周向?qū)岷洼椛鋼Q熱對(duì)換熱系數(shù)的影響很小，對(duì)于一般性教學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以忽略其影響，換熱系數(shù)直接按下式計(jì)算： （6）三、實(shí)驗(yàn)裝置1驗(yàn)裝置本體 如圖所示，試驗(yàn)裝置本體由風(fēng)源，試驗(yàn)段風(fēng)道和圓柱試件組成。風(fēng)源由風(fēng)機(jī)和風(fēng)箱組成。改變風(fēng)箱風(fēng)門(mén)，可以改變風(fēng)道中空氣

37、的流速。空氣流經(jīng)試驗(yàn)段風(fēng)道時(shí)，形成一均勻流暢。圓柱體試件橫向置于試驗(yàn)段風(fēng)道中，其周向表面包覆一薄層不銹鋼片加熱，不銹鋼片內(nèi)壁放置了測(cè)溫?zé)犭娕迹跓犭娕寂赃呴_(kāi)有一小測(cè)壓孔，用來(lái)了解測(cè)點(diǎn)處空氣流的壓力情況。不銹鋼片兩邊與電源導(dǎo)板連接，用低壓大電流直流電源加熱。旋轉(zhuǎn)圓柱體，改變測(cè)點(diǎn)的位置，就可以測(cè)出不同角度的表面溫度和空氣壓力。2測(cè)量系統(tǒng) 主要包括電壓表，電流表，熱電阻和壓力傳感器。3圓柱體試件基本參數(shù)圓柱直徑D=60 ×m不銹鋼片厚 =3 ×m不銹鋼片寬b=60×m不銹鋼片導(dǎo)熱系數(shù)=15W/m不銹鋼片黑度=0.2 四、測(cè)試方法1  空氣來(lái)流溫度直接

38、用PT100熱電阻放在試件前面空氣流中測(cè)量。2  空氣流速所以空氣來(lái)流速度為式中：為空氣密度kg/,由查表確定。為畢托管壓差。3.圓柱體表面壓力 把測(cè)壓孔用乳膠管與壓力傳感器相連，即可測(cè)出空氣流沿柱表面各個(gè)角度的壓力 （mm水柱）。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量的是相對(duì)壓力，即實(shí)際值表示的是低于大氣壓多少帕。4.不銹鋼片兩端的電壓降U不銹鋼片兩端與直流電壓表直接連接進(jìn)行測(cè)試電壓降。 5流過(guò)不銹鋼片的電流I直接用電流表串在電路中進(jìn)行測(cè)量電流。6.圓柱表面溫度直接用PT100熱電阻進(jìn)行測(cè)量。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1 裝好試件，接好試驗(yàn)線路，經(jīng)教師檢查無(wú)誤后，方可開(kāi)始試驗(yàn)。2  打開(kāi)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)

39、在適當(dāng)位置。旋轉(zhuǎn)圓柱體，使測(cè)溫點(diǎn)和測(cè)壓孔處在來(lái)流前駐點(diǎn)（=0）位置。3  將硅整流電源的電壓調(diào)節(jié)旋鈕轉(zhuǎn)至輸出電壓零位，接通電源并按啟動(dòng)按鈕，逐步增大輸出電壓，對(duì)不銹鋼片緩緩加熱。為保證試件不被損壞，不銹鋼片表面溫度控制在80以下。4     穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)量。先測(cè)出空氣來(lái)流溫度、動(dòng)壓p，不銹鋼片兩端的壓降U和電流I。5  把測(cè)壓孔用乳膠管與壓力傳感器連接，從前駐點(diǎn)（=0º）到后駐點(diǎn)（=180º），按附表每間隔5º或10º作為一測(cè)量點(diǎn)，測(cè)出各點(diǎn)的溫度和表面壓力，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，需待其穩(wěn)定后再測(cè)量。因

40、圓柱是對(duì)稱(chēng)的，測(cè)量可沿半邊進(jìn)行。測(cè)完半邊后，對(duì)另一半選幾點(diǎn)復(fù)測(cè)，以檢驗(yàn)圓柱兩邊是否相同。6  全部測(cè)完后，先關(guān)電源開(kāi)關(guān)并拔下電源插頭，待試件冷卻后關(guān)掉風(fēng)機(jī)，整理好試驗(yàn)裝置。7  測(cè)出實(shí)驗(yàn)段風(fēng)道的截面積以求空氣流量。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1  試件的基本參數(shù)及測(cè)試數(shù)據(jù)包括：D、b、L、U、I、h、E（，）、，風(fēng)道截面尺寸。2  計(jì)算各點(diǎn)的溫度及，,V,Re等。若不考慮周向?qū)岷洼椛鋼Q熱，按公式（6）計(jì)算。3  計(jì)算，繪出，的曲線。（來(lái)流靜壓P=-P）。4  計(jì)算出通過(guò)風(fēng)道的空氣流量。附表 試驗(yàn)原始記錄及參數(shù)計(jì)算  (度）E（，）mvmm水柱/度/度W/ 0         5         10         20&