安徽工业大学热平衡实验报告

热平衡实验报告以吾之名一、实验目的1、熟悉已有的热风炉系统，并了解其运行方式及原理；2、对已有的热风炉系统进行热平衡试验，深刻了解热风炉系统中能量转换过程；3、熟悉各种仪器的使用，强化动手能力。二、热平衡实验原理利用系统内能量的收支平衡来验证热平衡，整个实验设备包含热风炉和换热器两部分。首先热风炉通电，加热内部的电阻丝，开启鼓风机向热风炉内充入具有一定速度的空气，空气掠过热风炉内被电加热的电阻丝加热，之后进入热管换热器。热管换热器下部的螺旋管式热管内的介质被加热气化，上升到换热器的上部，换热器一段的鼓风机掠过换热器上部的热管，使其冷却，热管中介质液化下流，完成热量的交换。在达到稳态过程后，整个系统的能量交换过程包括以下几个部分的能量交换：1）鼓风机耗电转换为气体的动能（忽略由于热量变化导致的气体动能变化）；P1=U1I1Q1=1/2qm1v12P2=U2I2Q2=1/2qm2v22P1、P2分别是两端鼓风机的电能消耗；WQ1、Q2分别是热风炉端和换热器段的空气获得的动能；J/sU、I是电压和电流；V,Aqm是空气质量流量；kg/sV是空气流速；m2/s2）加热热风炉的电量转换为空气的热量（假设100%转化）；Q3=U3I3=qm1（cp1T1-cp0T0）Q3是空气在热风炉中获得的热量；J/scp是对应温度的等压比热；J/（kgK）T1是热风炉出口温度，也是换热器下部进口温度；KT0是环境温度；K3）热风炉中空气热量在热管换热器中传递给换热器端鼓入空气；Q4=qm1（cp2T2-cp0T0）Q5=qm2（cp3T3-cp0T0）Q6=qm2（cp4T4-cp0T0）Q4、Q5、Q6分别是换热器下部出口和上部进出口空气热量；J/sT2是换热器下部气体出口温度，KT3和T4是换热器上部空气的进出口温度。K4）炉体蓄热通过导热，辐射，对流的方式传递给周围环境由实际情况可知，炉体的散热过程分为两个部分，大空间自然对流和平板外强制对流：首先对于四个竖直平板，有：)(Pr)(r)4~1(723thAQhlNuGrCNuvtlgGmnmmvGr是格拉晓夫数；v是Gr数中的体胀系数，对于符合理想气体性质的气体，值为1/T;△t是壁面温度tw与环境温度t∞的差值；Kl是特征长度，在这里是竖直平板高度；mv是运动粘度；m2/s是定性温度下的空气的导热系数，W/（mK）Nu是努赛尔数Pr是普朗特数；m表示定性温度是壁面温度与环境温度的算术平均温度；℃C，n的取值根据格拉晓夫数而来，当1.43x104Gr3x109,C=0.59,n=0.25;3x109Gr2x1010,C=0.2092,n=0.39;2x1010Gr,C=0.11,n=0.33。对于炉体上下表面：对于热面向上：11725.07425.010Pr10,Pr)(15.0u10Pr10,Pr)(54.0uGrGrNGrGrN对于热面向下：10525.010Pr10,Pr)(27.0uGrGrN定性温度为同上，特征长度为L=Ap/P，Ap、P分别是换热面积与周界长度。得出努赛尔数之后对流换热系数，最后求的散热量。对于上表面的强制对流换热：33.08.0mPr871e037.0u）（RNRe是以平板全长l为特征长度的雷诺数依据努赛尔数求的对流换热系数后求的散热量。综上所述，针对整个热风炉系统（不包括风机）而言，能量交换满足以下式子：Q1+Q2+Q3+Q5=Q1+Q2+Q4+Q6+Q7+Q未知Q7是炉体总散热量Q未知是不明确的热量损失W对于整个系统而言，满足如下的关系式：P1+P2+Q3+Q5=Q1+Q2+Q4+Q6+Q7+Q未知’Q未知’是整个系统的不明确能量损失以上即是热平衡的原理。三、热平衡实验设备1、电阻丝热风炉2、热管式换热器3、鼓风机等四、热平衡实验测试内容五、热平衡实验测试仪器仪表1、万用表2、钳型电流电压表3、毕托管4、斜管压力计5、压力表6、热电偶、表面热电偶7、数字显示表、电位差计8、电度表9、温度计10、一些实验工具等六、实验步骤和方法（含计算公式）1.启动机器，电加热热风炉，鼓风机鼓风，带待到工况稳定，记录温度计显示的室温；2.利用毕托管记录鼓风机管道内的静压与全压，利用v=sqrT（2（p-p0）/ρ）计算气流速度，并通过测量截面积和密度计算质量流量。毕托管使用注意方法：1）要正确选择测量点断面，确保测点在气流流动平稳的直管段；2）测量时应当将全压孔对准气流方向，以指向杆指示。测量点插入孔应避免漏风，可防止该断面上气流干扰。用皮托管只能测得管道断面上某一点的流速，由于断面流量分布不均匀，因此该断面上应多测几点，以求取平均值；3）使用前测试一下畅通性。3.将热电偶与数字显示表或电位差计连接好，测量热风炉、换热器的各个进出口温度，并记录，记录数据时应确定温度值不再变化或变化很小。4.用表面热电偶测量热风炉和换热器各个表面温度，为减少测量误差采用多点测量，求取平面温度平均值，利用上述的炉体损失热量公式计算表面换热量。需要注意的是，对于长方形表面，测12（3x4）点的温度，对于近似圆形，沿某一直径方向测量若干点，求取平面平均值。七、实验数据记录表和实验数据采集（即实验）八、数据处理九、结论