自然对流换热试验

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资源描述

自然对流换热实验报告一、实验目的(1)了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程,掌握实验测试技术。(2)测定单管(水平放置)的自然对流换热系数h。(3)根据实验测得的有关数据,计算各实验管的Nu数、Gr数和Pr数,然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式nGrcNrPr)(中的c值和n值,并给出PrGr的范围。二、实验原理对铜管进行加热,热量是以对流和辐射两种方式来散发,所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即rhc(W)式中:)(fwctthA;UIh;4f4w0100T100TAcr,所以4f4w0100T100T)()(fwfwttcttAUIh)(K/Wm式中:c为对流换热量,W;h为加热器产生的热量,W;r为辐射换热量,W;U加热器电压,V;I为加热器电流,A;为圆柱体表面黑度,=0.064;0c为黑体辐射系数,)(420Km/W67.5c;wt为管壁平均温度,℃;ft为玻璃室内空气温度,℃;A为圆柱体的表面积,m2;h为自然对流换热系数,)(K/W2m。当实验管表面温度稳定时,测定每根管的加热电压U、电流I、管壁温度wt、玻璃室内温度ft,从表中查出圆管的直径和长度,计算出圆管表面积A,计算出其对流换热系数h。根据相似理论,自然对流换热的准则为Pr),(GrfNr在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式,即nGrcNrPr)(式中:c、n是通过实验所确定的常数(在一定的PrGr数值范围内)。为了确定上述关系式的具体形式,根据测量数据计算结果求得努塞尔准则Nu、格拉晓夫准则Gr和普朗特准则Pr,即hDNu;23tDgGr;aPr式中:Pr、(空气的体胀系数,1/K)、(空气的运动黏度,m2/s)等、(空气的导热系数,℃)(m/W)等物性参数由定性温度)(2fwtt从气体的热物理性质表查取;2/8.9smg;D为圆管壁面定型尺寸,m;fwttt,℃。通过不同的实验管,可以得到多组数据,利用双对数坐标纸作图或最小二乘法求出c、n。具体方法如下:Pr)lg(lglgGrncNu直线的斜率为n,截距为clg。用最小二乘法计算n及c,公式如下)()())(())((lg)()()())((22222iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiixmxxyxyxcxmxyxmyxn式中:iiiiNuyGrx)lg(;Pr)lg(。下标和表示试验管号,m为计算时所选用试验管个数。三、实验装置及其规范本实验共有8根尺寸不同圆管,规格尺寸见表1,实验段有紫铜管组成,其表面镀铬以减少表面的辐射换热量,并使表面的黑度值较为稳定,铜管内装有电加热器。用调压器调节加热器两端的电压控制加热量。管壁表面上等距离地布置了4~7对热电偶,用来测量壁面平均温度。实验管的两端都装有绝缘材料,以减少实验段与固定支撑间的导热损失。为了防止外界对气流的扰动,整个实验设备均放置于隔离的玻璃室内,各测头引出玻璃室外,整个系统通过交流稳压器和220V/50Hz电源连接。配套测量仪器有调压器、电流表、电压表(通常用万用表代替)、电位差计,水银温度计悬挂在玻璃隔墙上,以便测读大空间温度。表1各实验圆管尺寸尺寸管号12345678D(m)0.0750.0630.0510.0420.0330.0250.0200.016L(m)1.4471.3731.2501.1470.9500.7970.6540.500规范:(1)实验过程中不允许随意调节调压器,不许转换电流表的量程档,更不许随意关断电源。(2)如果用万用表替代电压表测量电压,选用万用表的交流电压档。(3)电位差计接入测量回来时,切记正负极不能接反。(4)实验过程中,不许任意挪动仪器,更不能擅自进入玻璃室内。(5)实验用热电偶材料为铜-康铜。四、实验步骤(1)连接好除电位差计以外的其他测量仪表,检查调压器输出电压在零位。(2)接通电源,调整调压器,使实验管的加热电流各不相同,最大圆管的加热电流不超过2A,其他管电流依次递减,预热约4h以上,管壁温度稳定。(3)把电位差计接入测量回路,注意其正负极,并对电位差计进行调零。(4)通过切换开关,从电位差计测定管壁个测电热电动势,并读出电流、电压。(5)最后读出玻璃室内的空气温度。(6)测试完毕,把万用表关闭并放回原位,电位差计的倍率开关关断。(7)全部实验结束后,经指导老师同意,把调压器调节零位,并断实验台上电源开关。五、数据记录与处理1.常规数据记录室温0t=23℃2.实验数据记录及处理管号测量值U(V)I(A)管壁各点热电势(mV)L)(mD)(m(℃)ft1E2E3E4E5E6E平均E3号35.10.70.7570.8030.8720.9180.8330.7410.82071.2500.05123查热电偶分度表得,℃077.23fwtt,则℃077.43wt。)(K/W93976.1100296100316)231.43(67.5064.0)231.43(502.1051.07.01.35100T100T)()(2444f4w0mttcttAUIhfwfw668.310697.2051.093976.12-hDNu526-3231020265.310288.1620051.0306/18.9)(tDgGr7004.0Pra

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