新大传热学实验指导04水平管外自然对流传热传热学实验指导0.docx
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1、实验4水平管外自然对流传热实验I实验目的1 .了解空气沿水平管表面自然对流传热过程,学习其实验测试技术;2 .测定空气沿水平管表面自然对流传热时的表面传热系数A;3 .对空气沿水平管表面自然对流传热进行相似分析,整理出实验关联式。实验原理在不流动的空气中,水平放置不锈钢圆管。对圆管进行电加热,热量将以自然对流和辐射两种方式向空气传递,所以自然对流传热热量为总热量与辐射热量之差,即c=-r=hA(tw-tf)(4-1)式中C自然对流传热热量W;电加热产生的总热量,W:r辐射传热热量,W;h自然对流表面传热系数,W(m2);A圆管表面积,A=TidLm2:d圆管外径,m:L圆管长度,m;tw圆管表
2、面平均温度,C;tf环境空气温度,C。电加热总热量为=UI(4-2)式中U加热电压,V;I加热电流,Ao辐射传热热量为式中圆管表面黑度;C0一一黑体辐射系数,C0=5.67W(m2K4);TW一一圆管表面平均温度,K;Tf一一环境空气温度,Ko因此,自然对流传热的表面传热系数为=-r=Sui-C.JidLf-1(4-4)A(LO)如丸一。)(IooJlj当实验系统达到稳定状态时,若测得圆管壁温口、空气温度。、加热电流/、加热电压U,就可由式(4-4)计算得到自然对流表面传热系数人。根据相似原理,自然对流传热的实验关联式可表示为NU=C(GrPr)n(4-5)式中一一通过实验所确定的常数。其中各
3、准则数:努塞尔N、格拉晓夫数G,、普朗特数Pr的定义分别为NUl,Gr=吟竺,PrJ(4-6)V2a式中;L空气的导热系数,W(mK);g重力加速度,ms2;av空气的体胀系数,av=1/T,1/K;T空气的定性温度,T=J+273,K:tm空气的定性温度,J:M一一圆管表面与空气之间的温差,C;V空气的运动粘度,m2sa空气的热扩散率,m2s.需要注意的是:常温下,空气的普朗特数变化不大,可取常数Pr=O.7。空气的物性参数由定性温度却确定,可从教材附表的空气热物理性质表查取。实验中,改变工况,通过不同管径的圆管,可以得到多组数据,采用作图法求出实验关联式中的常数c、为此,对实验关联式取对数
4、,可得IgNU=IgC+lg(GrPr)(4-7)在坐标纸上,以Ig(Gra)为横坐标,IgN为纵坐标描点,可画出一条实验直线。求出实验直线的斜率和截距,斜率即为实验常数值,而截距为Igc。实验常数C也可以通过在实验直线上任取一点(lg(GrPrgNu)t可得(G/Pr)和N值,由下式计算常数。(4-8)Nu(GrPr,实验装置实验装置有四根不同管径的圆管,每根圆管的结构如图4-1所示。1.加热导线2.保护盖3.接线柱4.绝缘法兰5.固定螺栓6.导热介质加注膨胀孔7.实验圆管8.导热介质管腔9.加热器10.热电偶实验圆管内装有电加热器,可方便地调节圆管加热功率。为使圆管表面温度均匀,管内充满了
5、导热介质。圆管上设置有导热介质加注膨胀孔,即可用来加注导热介质,也用于导热介质受热膨胀时溢出圆管。圆管两端装有绝热保护盖,以防止热量沿轴向散失。在每根圆管管壁不同位置,嵌入了多个热电偶,可测出圆管表面的平均温度。圆管的几何尺寸由实验室提供。加热电流组巡检仪图4-2实验控制箱面板图4-2为实验控制箱操作面板示意图。实验控制箱内主要有电子调压器、继电器组等。为改变加热工况,设置了功率调节装置以改变加热功率,从而改变实验圆管表面温度。功率表测定电加热器的加热功率。温控表组控制对应实验圆管的最高温度,避免高温熔化热电偶节点的焊锡。巡检仪显示圆管不同点的温度,巡检仪通道设置如图4-3所不O1234567
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