空气纵掠平板对流换热系数测试实验

空气纵掠平板对流换热系数测试实验一．实验目的:1.通过实验测定空气掠过平板受迫运动时的换热系数h；2.将测定的换热系数h与文献给出的实验准则关系式进行比较，加深对相似理论的理解；3.了解实验装置的特点，掌握壁面温度的测定方法；4.掌握风速及微小压力的测量方法。二．实验原理:根据相似原理分析，空气掠过平板受迫运动的放热过程，可用下列准则关系式来描述：Pr)(Re,fNu（1）对于空气constPr，所以（1）式可简化为：(Re)fNu（2）为了具体确定上述关系式的函数形式，根据相似原理，在实验中测定准则中包含的所有物理量，这些物理量大体上可分为三类：1.换热系数h：)(fwcttAh（W/m2.℃）（3）式中:c—平板与周围空气的对流换热量(本实验平板为双面换热)，W；A—平板换热面积(b×L×2)，m2；b—平板宽度，b=190mm；L—平板长度，L=280mm；wt、ft—分别为平板表面平均温度和远离平板的空气平均温度,℃；如果考虑平板与周围物体进行辐射换热，则平板内电加热器实际传出的热量为：rcATTCfwr440100100（4）式中:C0—黑体辐射系数，C0=5.67W/m2.K4；ε—平板材料的黑度，材料为铜ε=0.25，Tw、Tf—分别为平板表面平均温度和远离平板的空气平均温度，K。若wt不是很高，r所占比份很小，在计算h时可以略去辐射换热的影响。2.物性参数的确定:对于给定的空气其物性参数取决于气体状态，根据热力学得知空气状态取决于压力P和温度t，对于空气掠过平板受迫运动对流传热，压力为大气压力，而t则是变化的，确定物性参数将用空气的平均温度tf作为定性温度。3.定型尺寸:取空气沿平板流动方向的长度L为定型尺寸。综上所述，本实验中所要测定的量为：平板电加热器的热量，平板外表面温度wt，空气温度ft，空气掠过平板的风速v，平板尺寸b、L。三．实验装置:实验装置组成部分如图1所示。图1实验装置1.风管集流器2.毕托管3.实验风道工作段4.实验平板5.风道6.均流7.风机8.电机9.控制箱此装置为开式吸气风道,实验所测试的平板4水平放置在工作段风道中央，空气掠过平板的风速在风道进口稳定段中测量，毕托管2装在进口稳定段中所示位置，空气经设置在尾部稳定段的均流栅整流后通过风机排至大气，风速调节通过风机上的阀门控制空气的流量实现。控制箱内有稳压器可以稳定输入电压，使平板电加热器的热量保持稳定，并设置电压调节装置用以改变加热电压从而改变平板壁面温度，平板中所设热电偶的测定温度及电加热器的电压和电流（采用电压、电流互感器），毕托管所测空气掠过平板的动压Pd，空气温度tf，均由数据采集系统采集，经10位A/D、D/A等转换处理后，所有数据由液晶屏全屏显示。图2为平板加热构造示意图，平板内部由电阻丝4均匀地绕在绝缘板5上，为防止漏电平板与电阻丝之间加一层云母薄片3，平板的外表面温度是将多只热电偶经细孔从平板内部开槽敷设后由平板侧向引出的。图2平板结构示意图1.平板2.热电偶3.云母层4.电加热丝5.绝缘板四．实验步骤:1.连接、检查各电路、气路是否处于正确状态，然后开启交流稳压电源。2.启动风机，调整风量至实验所需的风速。3.打开控制箱开关电源，调节“电压旋钮”至实验所需的加热电压（注意勿使平板过热）。4.测定平板上各点的温度值，待各温度值达到稳定后，记录各点温度数值(相隔10分钟左右)及电加热器功率、空气温度、毕托管动压值，读取5～6组数据，各组数据对应点温度误差≤0.1℃时即认为稳定，把符合误差范围内的几组对应数据平均值进行数据处理。5.实验完成后先关闭平板电加热器的电源，然后再将风机关掉，并整理好其它所用仪器。五．实验数据处理:1.壁面平均温度wt:ntttttwn321℃2.求风速v:dPv2m/s式中：v—掠过平板的风速，m/s；Pd—空气掠过平板的动压，Pa；—空气密度3/mkg。3.换热系数h:)(fwcttAh（W/m2.℃）自行绘制实验数据表格并计算换热系数。六．思考题：1.根据实验结果，拟合出(Re)fNu的表达形式。2.分析引起实验误差的原因有哪些？