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文檔簡介
1、教學(xué)實驗 2006空氣對流換熱實驗臺指導(dǎo)書 目錄1. 空氣橫掠圓管換熱實驗臺實驗指導(dǎo)書12. 翅片管束管外放熱和阻力實驗指導(dǎo)書63. 空氣橫掠平板換熱實驗臺實驗指導(dǎo)書 174. 小型氣水換熱器實驗臺實驗指導(dǎo)書195. 空氣橫掠可旋轉(zhuǎn)圓管換熱實驗臺實驗指導(dǎo)書201.空氣橫掠圓管換熱實驗臺實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康?,了解實驗裝置,熟悉空氣流速及管壁溫度的測量的方法,掌握測量儀器儀表的使用方法 2,測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,掌握強制對流換熱實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析方法二、實驗原理與實驗裝置 根據(jù)對流換熱的量綱分析,穩(wěn)態(tài)強制對流換熱規(guī)律可以用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來表示:
2、經(jīng)驗表明上式可以表示成下列形式:(1)對于空氣,當(dāng)溫度變化不大時,普朗特書Pr變化很小,可以作為常數(shù)處理.故(1)式可表示為 (2)本實驗的任務(wù)就是確定 之值。因此就需要測定數(shù)中所包含的各個物理量。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)不能直接測出,必須通過測加熱量,壁溫及流體平均溫度,根據(jù)(3)式來計算: (3) 其中:電加熱功率:單管外表面積試驗裝置結(jié)構(gòu)及工作原理如圖一所示:圖1實驗風(fēng)洞系統(tǒng)簡圖1.風(fēng)機支架 2.風(fēng)機 3.風(fēng)量調(diào)節(jié)手輪 4.過渡管 5.測壓管 6.測速段 7. 過渡管 8.測壓管 9.實驗管段 10. 測壓管 11.吸入管 12.支架 13. 加熱元件
3、 14.控制盤三、實驗步驟1將皮托管與差壓傳感器連接好、校正零點;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)老師檢查確認無誤后,準(zhǔn)備啟動風(fēng)機。 2在關(guān)閉風(fēng)機出口擋板的條件下啟動風(fēng)機,讓風(fēng)機空載啟動,然后根據(jù)需要開啟出口擋板,調(diào)節(jié)風(fēng)量。 3在調(diào)壓變壓器指針位于零位時,合電閘加熱實驗管,根據(jù)需要調(diào)整變壓器,使其在某一熱負荷下加熱,并保持不變,使壁溫達到穩(wěn)定(壁溫?zé)犭娕嫉臏囟仍谌昼妰?nèi)保持讀數(shù)不變,即可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài))后,開始記錄熱電偶溫度、電功率、空氣進出口溫度。 4在一定熱負荷下,通過調(diào)整風(fēng)量來改變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)機出口擋板,在
4、各個不同的開度下測得其動壓頭,空氣進、出口溫度以及加熱管的壁面溫度,即為不同風(fēng)速下,同一負荷時的實驗數(shù)據(jù)。 5不同熱負荷條件下的實驗,僅需利用調(diào)壓變壓器改變電加熱器功率,重復(fù)上述實驗步驟即可。6實驗完畢后,先切斷實驗管加熱電源,待實驗管冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機。四、實驗數(shù)據(jù)的整理計算,空氣來流速度 : 空氣來流速度u用畢托管測量,根據(jù)伯努利方程,畢托管所測得的氣流動壓與氣流速度u的關(guān)系如下: 為空氣密度,由空氣來流溫度查表確定; 所以空氣來流速度為,加熱功率 : 加熱功率Q可通過管子測量段加熱的電壓降和電流來計算 ,空氣來流溫度及管子外表面溫度的測量 (1) 空氣來流溫度用PT100熱電偶測量,。(2
5、)確定實驗管壁面溫度也用PT100測量,。(3) 空氣離開加熱管的溫度用PT100熱電偶測量,。本實驗中主要測量管子前后上下四個表面的溫度,然后求其平均值。 由下式求得,實驗管為一個有內(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。實驗時,空氣流速可調(diào)整4-5個工況,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)每次實驗工況所測數(shù)據(jù)計算整理得出相應(yīng)的Nu、Re的值,連同其它組的實驗數(shù)據(jù),在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上,以Nu為縱坐標(biāo),Re為橫坐標(biāo)。將各個工況點標(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)實驗數(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. 計算定性溫度tm對于空氣橫掠單管,對于空氣橫掠管束, 6. 數(shù)計算中的特征速度確定對于空氣橫掠單管,特征速度等于來流速度,即為而對于空氣橫掠管束,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?;蛘哌M行精確的計算:電加熱器所產(chǎn)生的總熱量Q ,除了以對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絕對黑體輻射系數(shù), C0=5.67W(m2K4) ; Tw管壁面的平均絕對溫度, K ; Tf 空氣進出口的平均絕對溫度, 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)測定的精確度,我們有兩個工作要做:(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,在換熱管穿過風(fēng)洞壁面處應(yīng)該用絕熱材料隔開。2.翅片管束管外放熱和阻力實驗指導(dǎo)書一、 實 驗 目 的1了解熱工實驗的基本方法和特點;2學(xué)會翅片管束管外放熱和阻力的實驗研究方法;3鞏固和運用傳熱學(xué)課堂講授的基本概念和基本知識;4培養(yǎng)
8、學(xué)生獨立進行科研實驗的能力。二、 實 驗 內(nèi) 容1熟練實驗原理和實驗裝置,學(xué)習(xí)正確使用測溫度、測壓差、測流速、測熱量等儀表。2正確安排實驗,測取管外放熱和阻力的有關(guān)實驗數(shù)據(jù)。3用威爾遜方法整理實驗數(shù)據(jù),求得管外放熱系數(shù)的無因次關(guān)聯(lián)式,同時,也將阻力數(shù)據(jù)整理成無因次關(guān)聯(lián)式的形式。4對實驗設(shè)備,實驗原理,實驗方案和實驗結(jié)果進行分析和討論。三、 實 驗 原 理1翅片管是換熱器中常用的一種傳熱元件,由于擴展了管外傳熱面積,故可使光管的傳熱熱阻大大下降,特別適用于氣體側(cè)換熱的場合。2空氣(氣體)橫向流過翅片管束時的對流放熱系數(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)會高于順流的情況。對于特定的翅片管束,其幾何因素都是固定不變的,這時,式(1)可簡化為:Nu =f(Re、Pr) (2
10、)對于空氣,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為實驗關(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,為了在實驗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)進行實驗并對實驗數(shù)據(jù)進行綜合整理。3對于翅片管,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如何測求翅片管束平均管外放熱系數(shù)是實驗的關(guān)鍵。如果直接由式(5)來測求,勢必要測量管壁平均溫度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:威爾遜方法測求管外放熱系數(shù),這一方法的要點是先測求出傳熱系數(shù),然后從傳熱阻中減去已知的各項熱阻,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),可由實驗求出 (7)其中:Tv代表管內(nèi)流體的平均溫度。i是管內(nèi)流體對管內(nèi)壁的放熱系數(shù),可由已知的傳熱規(guī)律計算出來;Rw由管壁的導(dǎo)熱公式計算之。應(yīng)當(dāng)指出,當(dāng)管內(nèi)放熱系數(shù)i>>時,管內(nèi)熱阻將遠遠地小于管外熱阻,這時,i
12、的某些計算誤差將不會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,一般實驗管內(nèi)需采用蒸汽冷凝放熱的換熱方式。本實驗系統(tǒng)中,采用熱管作為傳熱元件,將實驗的翅片管,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,透過管壁,傳出翅片管外,這就保證了翅片管內(nèi)的冷凝過程。這時,管內(nèi)放熱系數(shù)i可用Nusselt層流膜層凝結(jié)原理公式進行計算,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個括號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)中的各項熱阻都是以光管外表面為基準(zhǔn)
13、的。鋁237,鋼46.4四、 實 驗 設(shè) 備實驗的翅片管束安裝在一臺低速風(fēng)洞中實驗裝置和測試儀表如圖1所示。試驗由有機玻璃風(fēng)洞,加熱管件、風(fēng)機支架、測試儀表等六部分組成。有機玻璃風(fēng)洞由帶整流隔柵的入口段,整流絲網(wǎng)、平穩(wěn)段、前測量段、工作段、后測量段、收縮段、測速段、擴壓段等組成。工作段和前后測量段的內(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。試驗管件由兩部分組成;單純翅片管和帶翅片的試驗熱管,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根試驗熱管組成一個橫排,可以放在任何一排的位置上進行實驗。一般放在第3排的位置上,因為實驗數(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)。試驗熱管的加熱段由專門的電加熱器進行加熱,電加熱器的電功率由電流、電壓表進行測量。每一支熱管的內(nèi)部插入一支銅鏮銅熱電偶用以測量熱管內(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。熱電偶的電動勢由巡檢儀進行測量。 圖1實驗系統(tǒng)簡圖1.風(fēng)機支架 2.風(fēng)機 3.風(fēng)量調(diào)節(jié)手輪 4.過渡
15、管 5.測壓管 6.測速段 7. 過渡管 8.測壓管 9.實驗管段 10. 測壓管 11.吸入管 12.支架 13. 加熱元件 14.控制盤空氣流的進出口溫度也安裝一支熱電偶,熱電偶的電動勢由巡檢儀進行測量??諝饬鹘?jīng)翅片管束的壓力降由傾斜式壓力計測量,管束前后的靜壓側(cè)孔都是4個,均布在前后測量段的壁面上??諝獾乃俣群土髁坑砂惭b在收縮段上的畢托管和微壓差傳感器測量,由巡檢儀進行采集數(shù)據(jù)。五、實 驗 步 驟1熟悉實驗原理,實驗設(shè)備;2調(diào)試檢查測溫、測速、測熱等各儀表,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,開動引風(fēng)機,注意到引風(fēng)機需在空載或很小的開度
16、下啟動;4調(diào)整引風(fēng)機的閥門,來控制實驗工況的空氣流速,一般,空氣風(fēng)速應(yīng)從小到大逐漸增加,實驗中,根據(jù)畢托管壓差讀值,可改變 67個風(fēng)速值,這樣,就有 67個實驗工況;5在每一個實驗工況下,待確認設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)后,進行所有物理量的測量和記錄,將測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進行實驗數(shù)據(jù)的計算和整理,將結(jié)果逐項記入數(shù)據(jù)整理表格中。在整理數(shù)據(jù)時,可以用手算程序,也可以用預(yù)先安排好的計算機程序。7對實驗結(jié)果進行分析和討論。應(yīng)注意,當(dāng)所有工況的測量結(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。六、數(shù) 據(jù) 整 理數(shù)據(jù)的整理可按下述步驟進行:1、計算風(fēng)速和風(fēng)量測量截面積的風(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F測測其中:測量截面積F測=0.0750.2m2,測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,可由自然對流計算Q3=c Fb(T- T0) 此處,c為自然對流散熱系數(shù),可近似取c=5w/m2進行計算;F箱為箱體散熱面積,T箱體溫度,T0為環(huán)境溫度。5計算熱平衡誤差 (13)6計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計算Re數(shù) Re=8計算傳熱系數(shù) (14)9計算管內(nèi)凝結(jié)液膜放熱系數(shù)由式(8)進行計算,對于以水為工質(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)可簡化為: (15)10計算管壁熱阻,由式(10)計算11由式(6)計算管外放熱系數(shù)12計算13在雙對數(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)。也可由計算機程序求的回歸方程。此外,空氣流過管束的阻力一般隨數(shù)的增加而急劇增加,同時,與流動方向上的管排數(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)可由實驗數(shù)據(jù)在雙對數(shù)坐標(biāo)上確定。一組實測的實驗數(shù)
19、據(jù)及其整理結(jié)果如附錄I所示。七、討 論(一)測量求得的管外放熱系數(shù)包括了幾部分熱阻?(二)所求實驗公式的應(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)每支實驗熱管的管內(nèi)溫度不盡相同,這對放熱系數(shù)的精確性有何影響?(四)分析實驗誤差原因和改進措施。(五)通過實驗,掌握了哪些實驗技能?鞏固了哪些基本概念?八、附 記(一)本實驗所需教學(xué)時數(shù)大約6學(xué)時。在進行充分預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書的條件下,實驗進行約4學(xué)時,數(shù)據(jù)整理2學(xué)時。(二)實驗應(yīng)用的基礎(chǔ)知識較多,易在課程的后期進行安排。(三)因為本實驗臺的實驗元件都是可以更換的,可以滿足各種不同的實驗要求,因而也適用于研究生的實驗研究。也可為工業(yè)傳熱元
20、件進行性能標(biāo)定。鎳鉻-銅鎳(鏮銅)熱電偶(E型)溫度-微伏對照表VVVVVVVVVV溫度0123456789005911817623519435441347253210591651711770830890950101010711131201192125213131373143414951556161716781740301801186219241986204721092171223322952357402420248225452607267027332795285829212984503048311131743238330133653429349235563620603658374938133
21、877394240064071413642004265704330439544604526459146564722478848534919804985505151175183524953155382544855145581905648571457815848591559826049611761846251100631963866454652265906658672567946862693011069987066713572037272734174097478754776161207658775478237892796280318101817082408309130837984498519858
22、986598729879988698940901014090819151922292929363943495059576964797181509789986099311000310074101451021710288103601043216010503105751064710719107911086310935110071108011152170112241129711365114121151411587116601173311805118781801195112024120971217012243123171239012463125371261019012684127571283112904
23、129781305213126131991327313347200134211349513569136441371813792138661394114015140902101416414239143131438814463145371461214687147621483722014912149871506215137152121528715362154381551315588230156641573915815158901596616041161171619316269163442401642016496165721664816724168001687616952170281710425017
24、181172571733317409174681756217639177151779217868260179451802118098181751825218328184051848218559186363.空氣橫掠平板換熱實驗臺實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康?,了解實驗裝置,熟悉空氣流速及平板壁溫度的測量的方法,掌握測量儀器儀表的使用方法 2,測定空氣橫掠 并將結(jié)果整理成準(zhǔn)則關(guān)系式.3,掌握強制對流換熱實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析方法二、實驗原理與實驗裝置 根據(jù)對流換熱的量綱分析,穩(wěn)態(tài)強制對流換熱規(guī)律可以用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來表示: 經(jīng)驗表明上式可以表示成下列形式:(1)對于空氣,當(dāng)溫度變化不大時,普朗特書P
25、r變化很小,可以作為常數(shù)處理.故(1)式可表示為 (2)本實驗的任務(wù)就是確定 之值。因此就需要測定數(shù)中所包含的各個物理量。其中d為特征尺寸,在平板中是平板長度,為已知量,物性、,按定性溫度查表確定.表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不能直接測出,必須通過測加熱量,壁溫及流體平均溫度,根據(jù)(3)式來計算: (3) 其中:電加熱功率:平板外表面積試驗裝置結(jié)構(gòu)及工作原理如圖一所示:圖1實驗風(fēng)洞系統(tǒng)簡圖1.風(fēng)機支架 2.風(fēng)機 3.風(fēng)量調(diào)節(jié)手輪 4.過渡管 5.測壓管 6.測速段 7. 過渡管 8.測壓管 9.實驗平板 10. 測壓管 11.吸入管 12.支架 13. 加熱元件 14.控制盤三、實驗步驟1將皮托管與差壓傳感器
26、連接好、校正零點;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)老師檢查確認無誤后,準(zhǔn)備啟動風(fēng)機。 2在關(guān)閉風(fēng)機出口擋板的條件下啟動風(fēng)機,讓風(fēng)機空載啟動,然后根據(jù)需要開啟出口擋板,調(diào)節(jié)風(fēng)量。 3在調(diào)壓變壓器指針位于零位時,合電閘加熱平板,根據(jù)需要調(diào)整變壓器,使其在某一熱負荷下加熱,并保持不變,使壁溫達到穩(wěn)定(壁溫?zé)犭娕嫉臏囟仍谌昼妰?nèi)保持讀數(shù)不變,即可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài))后,開始記錄熱電偶溫度、電功率、空氣進出口溫度。 4在一定熱負荷下,通過調(diào)整風(fēng)量來改變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)機出口擋板,在各個不同的開度下測得其動壓頭,空氣進、出口溫度以及
27、加熱管的壁面溫度,即為不同風(fēng)速下,同一負荷時的實驗數(shù)據(jù)。 5不同熱負荷條件下的實驗,僅需利用調(diào)壓變壓器改變電加熱器功率,重復(fù)上述實驗步驟即可。6實驗完畢后,先切斷實驗平板加熱電源,待平板冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機。四、實驗數(shù)據(jù)的整理計算,空氣來流速度 : 空氣來流速度u用畢托管測量,根據(jù)伯努利方程,畢托管所測得的氣流動壓與氣流速度u的關(guān)系如下: 為空氣密度,由空氣來流溫度查表確定; 所以空氣來流速度為,加熱功率 : 加熱功率Q可通過測量加熱的電壓降和電流來計算 ,空氣來流溫度及平板內(nèi)外表面溫度的測量 (1) 空氣來流溫度用PT100熱電阻測量,。(2)確定實驗平板內(nèi)壁面溫度也用PT100測量,。(3)
28、空氣離開加熱平板的溫度用PT100熱電偶測量,。由于對流和輻射的影響,實驗中直接測量平板外壁面溫度很不準(zhǔn)確,因此我們直接測量內(nèi)壁面的溫度,通過內(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),可以計算出銅板的外壁面溫度。由于銅板為上下兩個面,在計算時要注意。本實驗中主要測量平板前后的空氣溫度以及銅板的內(nèi)壁面溫度。實驗平板為一個有內(nèi)熱源的上下對稱的平板,而且內(nèi)壁溫度大于外壁溫度。實驗時,空氣流速可調(diào)整4-5個工況,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)每次實驗工況所測數(shù)據(jù)計算整理得出相應(yīng)的Nu、Re的值,連同其它組的實驗數(shù)據(jù),在雙對
29、數(shù)坐標(biāo)紙上,以Nu為縱坐標(biāo),Re為橫坐標(biāo)。將各個工況點標(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)實驗數(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. 計算定性溫度tm對于空氣橫掠平板, 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)計算中的特征速度確定對于空氣橫掠平板,特征速度等于來流速度,即為4.小型氣水換熱器實驗臺實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康?,了解實驗裝置,熟悉空氣流速及水溫度的測量的方法,掌握測量儀器儀表的使用方法 2,測定空氣和水通過小型換熱器的換熱量以及小型換熱器的換熱系數(shù).3,掌握強制對流換熱實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差
30、分析方法二、實驗原理與實驗裝置 對于氣水換熱器,通過水來加熱氣體,熱水流過小型換熱器而降溫,空氣通過小型換熱器而升溫。熱水是通過電加熱器來加熱的,在系統(tǒng)平衡時,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、實驗步驟1將皮托管與差壓傳感器連接好、校正零點;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)老師檢查確認無誤后,準(zhǔn)備啟動風(fēng)機。 2在關(guān)閉風(fēng)機出口擋板的條件下啟動風(fēng)機,讓風(fēng)機空載啟動,然后根據(jù)需要開啟出口擋板,調(diào)節(jié)風(fēng)量。 3開啟加熱器來加熱水箱的水,不同的加熱功率對應(yīng)不同的熱水溫度,可以通過調(diào)節(jié)加熱功率來調(diào)節(jié)熱水溫度。開啟風(fēng)機,調(diào)節(jié)風(fēng)門的
31、大小或調(diào)節(jié)變頻器的頻率來調(diào)節(jié)風(fēng)量,使其在某一熱負荷下工作,并保持不變,在穩(wěn)定一段時間后測量水的進出口溫度,水的流量,風(fēng)的進出口溫度和畢托管的讀數(shù)。測試完一個狀態(tài)后,可以調(diào)節(jié)風(fēng)門的大小或調(diào)節(jié)水的流量來做其它工況下的試驗。也可以通過調(diào)節(jié)加熱功率來改變工況。4實驗完畢后,先切斷加熱水箱的加熱電源,待實驗段冷卻后再關(guān)閉風(fēng)機。四、實驗數(shù)據(jù)的整理計算,空氣來流速度 : 空氣來流速度u用畢托管測量,根據(jù)伯努利方程,畢托管所測得的氣流動壓與氣流速度u的關(guān)系如下: 為空氣密度,由空氣來流溫度查表確定; 所以空氣來流速度為,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計算Q: 也可以用水的失熱量來計算Q
32、: 其中為水的定壓比熱,為水的進口溫度,為水的出口溫度,為水的流量。也可以用風(fēng)的得熱量來計算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)道面積即可以計算。,空氣來流溫度及水的溫度的測量 (1) 空氣來流溫度用PT100熱電阻測量。 (2)水的進出口溫度也用PT100測量。 (3) 空氣離開換熱器的溫度用PT100熱電阻測量。4.對數(shù)平均溫差的計算: 其中為對數(shù)平均溫差,為進口兩種流體的溫差,為出口兩種流體的溫差。為水的進口溫度,為水的出口溫度,為風(fēng)的出口溫度,為風(fēng)的進口溫度。5. 傳熱系數(shù)的計算:(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)圓管換熱實驗臺實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康? 了解傳熱實驗中溫度、壓力、流速、流量和加熱功率的測量方法,學(xué)會各種測量儀表的使用。2 了解實驗裝置,掌握空氣橫掠圓柱體時局部換熱系數(shù)的測試方法。3 測定空氣橫掠圓柱體時,圓柱表面不同角度處的對流換熱系數(shù),了解局部換熱系數(shù)的變化規(guī)律。二、實驗原理與實驗裝置本實驗的基本原理是,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,便會發(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的空氣流橫向掠過圓柱體時,圓柱體表面各個角度上的換熱系
34、數(shù)不同,其表面溫度也不同。測出各個角度上的表面溫度,就可確定不同角度處的換熱系數(shù)。 局部換熱系數(shù)的表達是通過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壁溫不同,向外界輻射換熱也不同。要確定對流換熱系數(shù),就必須考慮周向?qū)岷洼椛鋼Q熱的影響。取一周長為dx的微元不銹鋼片進行分析。在穩(wěn)定的情況下,其熱平衡方程為: (1)(1) 式中各項符號的物理意義和表達式為: 電流流過不銹鋼片的發(fā)熱量W。 對流傳給空氣的熱量。 左側(cè)導(dǎo)入熱量 右側(cè)導(dǎo)出熱量。 通過輻射散失的熱量。 對圓柱體的導(dǎo)熱量。各項表達式中參數(shù)的意義為: b 片寬 m ; 片厚 m
35、; L 片總長m;U 片兩端電壓降V;I 流過片的電流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 來流空氣溫度,K 離前駐點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)表達式為: (2)柱體周邊長與角度的關(guān)系為:故有:則: (3)(3)式中,為角度,r為圓柱半徑,m。U、I、T、均可通過試驗測出。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)測得的T和對應(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) 。 受迫對流通常用努謝爾特準(zhǔn)則和雷
36、諾準(zhǔn)則Re來描述換熱規(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。 = 努謝爾特數(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來流速度,m/s;空氣的導(dǎo)熱系數(shù),W/m;空氣的運動粘度,/s。 、由定性溫度查空氣物性表,定性溫度取片壁溫與來流溫度平均值,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熱對換熱系數(shù)的影響很小,對于一般性教學(xué)實驗,可以忽略其影響,換熱系數(shù)直接按下式計算: (6)三、實驗裝置1驗裝置本體 如圖所示,試驗裝置本體由風(fēng)源,試驗段風(fēng)道和圓柱試件組成。風(fēng)源由風(fēng)機和風(fēng)箱組成。改變風(fēng)箱風(fēng)門,可以改變風(fēng)道中空氣
37、的流速。空氣流經(jīng)試驗段風(fēng)道時,形成一均勻流暢。圓柱體試件橫向置于試驗段風(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)壁放置了測溫?zé)犭娕?,在熱電偶旁邊開有一小測壓孔,用來了解測點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,改變測點的位置,就可以測出不同角度的表面溫度和空氣壓力。2測量系統(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、測試方法1 空氣來流溫度直接
38、用PT100熱電阻放在試件前面空氣流中測量。2 空氣流速所以空氣來流速度為式中: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 把測壓孔用乳膠管與壓力傳感器相連,即可測出空氣流沿柱表面各個角度的壓力 (mm水柱)。本實驗測量的是相對壓力,即實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行測試電壓降。 5流過不銹鋼片的電流I直接用電流表串在電路中進行測量電流。6.圓柱表面溫度直接用PT100熱電阻進行測量。 五、實驗步驟1 裝好試件,接好試驗線路,經(jīng)教師檢查無誤后,方可開始試驗。2 打開風(fēng)機,調(diào)節(jié)風(fēng)門
39、在適當(dāng)位置。旋轉(zhuǎn)圓柱體,使測溫點和測壓孔處在來流前駐點(=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,接通電源并按啟動按鈕,逐步增大輸出電壓,對不銹鋼片緩緩加熱。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)定后開始測量。先測出空氣來流溫度、動壓p,不銹鋼片兩端的壓降U和電流I。5 把測壓孔用乳膠管與壓力傳感器連接,從前駐點(=0º)到后駐點(=180º),按附表每間隔5º或10º作為一測量點,測出各點的溫度和表面壓力,每旋轉(zhuǎn)一個角度,需待其穩(wěn)定后再測量。因
40、圓柱是對稱的,測量可沿半邊進行。測完半邊后,對另一半選幾點復(fù)測,以檢驗圓柱兩邊是否相同。6 全部測完后,先關(guān)電源開關(guān)并拔下電源插頭,待試件冷卻后關(guān)掉風(fēng)機,整理好試驗裝置。7 測出實驗段風(fēng)道的截面積以求空氣流量。六、實驗報告1 試件的基本參數(shù)及測試數(shù)據(jù)包括:D、b、L、U、I、h、E(,)、,風(fēng)道截面尺寸。2 計算各點的溫度及,,V,Re等。若不考慮周向?qū)岷洼椛鋼Q熱,按公式(6)計算。3 計算,繪出,的曲線。(來流靜壓P=-P)。4 計算出通過風(fēng)道的空氣流量。附表 試驗原始記錄及參數(shù)計算 (度)E(,)mvmm水柱/度/度W/ 0 5 10 20&
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