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強(qiáng)迫對(duì)流單管外放熱系數(shù)測(cè)試說(shuō)明書
2024-08-15
強(qiáng)迫對(duì)流單管外放熱系數(shù)測(cè)試說(shuō)明書
一、
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>
1.了解對(duì)流放熱的實(shí)驗(yàn)研究方法;
2.測(cè)定空氣橫向流過單管表面時(shí)的平均放熱系數(shù)α,并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式;
3.學(xué)習(xí)測(cè)量風(fēng)速、溫度、熱量的基本技能。
二、實(shí)驗(yàn)原理:
根據(jù)相似原理,流體受迫外掠物體時(shí)的放熱系數(shù)α 與流速、成物體幾何形狀及尺寸、流體物性間的關(guān)系可用下列方程式描述:
Nu=ƒ(RegPr)
實(shí)驗(yàn)研究表明,流體橫向單管表面時(shí),一般可將上式整理成下列具體的指數(shù)形式:
式中 c、n、m、均為常數(shù),由實(shí)驗(yàn)確定,
上述各準(zhǔn)則中,d — 實(shí)驗(yàn)管外徑,作定性尺寸[米]
ω — 流體流過實(shí)驗(yàn)管外最窄面處流速;[m/s]
λ — 流體導(dǎo)熱系數(shù)[W/m·℃]
α — 流體導(dǎo)溫系數(shù)[m²/s]
ν — 流體運(yùn)動(dòng)粘度[m²/s]
準(zhǔn)則角碼“m”表示用流體邊界層平均溫度Tm= 1/2(tw-tƒ)作;定性溫度。
鑒于實(shí)驗(yàn)中流體為空氣,Prm=0.7故準(zhǔn)則式可化成:
本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)在于確定c與n的數(shù)值,首先使空氣流速一定,然后測(cè)定有關(guān)的數(shù)據(jù):電流I、電壓V、管壁溫度tw、空氣溫度tf、微壓計(jì)動(dòng)壓頭h。至于α、ω在實(shí)驗(yàn)中無(wú)法直接測(cè)得,可通過計(jì)算求得,而物性參數(shù)可在有關(guān)書中查得。得到一組數(shù)據(jù)后,可得一組Re、Nu 值,改變空氣流速,又得到一組數(shù)據(jù)后,再得一組Nu、Re值,改變幾次空氣流速,就可得到一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備:
本實(shí)驗(yàn)在一實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中主要由風(fēng)洞本體、風(fēng)機(jī)、構(gòu)架`實(shí)驗(yàn)管及其加熱器、差壓傳感器、畢托管、電流表、電壓表,巡檢儀以及電子調(diào)壓膜塊組成。
風(fēng)洞本體如圖;
1、集流段; 2、插排前段; 3、實(shí)驗(yàn)段; 4、插排后段; 5、收縮段;6、測(cè)速段; 7、畢托管; 8、風(fēng)門調(diào)節(jié)閘門; 9、風(fēng)機(jī); 10、配電箱; 11實(shí)驗(yàn)臺(tái)架;13、微差壓計(jì)
由于實(shí)驗(yàn)段有兩段整流,可使進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段前的氣流穩(wěn)定。畢托管置于測(cè)速段,測(cè)速段截面比實(shí)驗(yàn)段小,以使流速提高,測(cè)量準(zhǔn)確。風(fēng)量由風(fēng)機(jī)出口擋板調(diào)節(jié)。
實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中安裝了一根實(shí)驗(yàn)管,管內(nèi)裝有電加熱器作為熱源,管壁嵌有四對(duì)熱電偶以測(cè)壁溫。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1.將畢托管與壓差計(jì)連接好;檢查連接熱電偶、加熱器及風(fēng)機(jī)線路接是否完好,指導(dǎo)老師檢查確認(rèn)無(wú)誤后,準(zhǔn)備啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。
2.在關(guān)閉風(fēng)機(jī)風(fēng)門的條件下啟動(dòng)風(fēng)機(jī),讓風(fēng)機(jī)空載啟動(dòng),然后根據(jù)需要開啟風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)閘門。
3.在數(shù)顯電壓表指針為零時(shí),打開加熱開關(guān),根據(jù)需要調(diào)整調(diào)壓旋鈕,使其在某一熱負(fù)荷下加熱,并保持不變,使壁溫達(dá)到穩(wěn)定(壁溫?zé)犭娕茧妱?shì)在三分鐘內(nèi)保持讀數(shù)不變,即可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài))后,開始記錄巡檢儀上的空氣進(jìn)出口溫度、及差壓計(jì)上的讀數(shù)。在讀取電流、電壓、以上電壓不得超過150V。
4.在一定熱負(fù)荷下,通過調(diào)整風(fēng)量來(lái)改變Re數(shù)的大小,因此保持調(diào)壓膜塊的輸出電壓不變,依次調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口擋板,在各個(gè)不同的的開度下測(cè)得其動(dòng)壓頭,空氣進(jìn)、出口溫度以及,即為不同風(fēng)速下,同一負(fù)荷時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
5.不同熱負(fù)荷條件下的實(shí)驗(yàn),僅需利用調(diào)壓膜塊改變電加熱器功率、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟既可。
6.實(shí)驗(yàn)完畢后,先切斷實(shí)驗(yàn)管加熱電源,待實(shí)驗(yàn)管冷卻后再停止風(fēng)機(jī)。
五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理計(jì)算:
1.壁面平均放熱系數(shù)α
電加熱器所產(chǎn)生的總熱量Q,除以對(duì)流方式由管壁傳給空氣外,還有一部分是以輻射方工傳出去的,因此,對(duì)流放熱量Qc為
Qr — 輻射換熱量;
ε — 試管表面黑度; ε = 0.6~0.7
Co — 絕對(duì)黑體輻射系數(shù); Co = 5.67
Tω — 管壁面的平均溫度;
Tƒ — 流體的平均溫度;
F — 管表面積;
根據(jù)牛頓公式,壁面平均對(duì)流放熱系數(shù)為
2.空氣流速的計(jì)算
1)本實(shí)臺(tái)是采用差壓計(jì)測(cè)得動(dòng)壓值讀取數(shù)值
2)若實(shí)驗(yàn)人員用畢托管在測(cè)速段截面中心點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,由于實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞測(cè)速段分布均勻,因此不必進(jìn)行截面速度不均勻的修正。
若采用傾斜式微壓計(jì)測(cè)得的動(dòng)壓頭為;則由能量方程式:
式中ρ紅 — 微壓計(jì)紅油的密度;ρ=0.826×10³g/m³
ρ空 — 空氣的密度,根據(jù)空氣的平均溫度,可在有關(guān)書中查得。
H — 動(dòng)壓頭,用液柱高表示。
由上式計(jì)算所得的流速是測(cè)速截面外的流速,而準(zhǔn)則式中的流速W是指流體流過試驗(yàn)管最窄截面的流速,由連續(xù)性方程:
式中:F測(cè)—測(cè)速處流道截面積;[m²]
F測(cè)=9500mm²
F試—放試管處流道截面積;[m²]
F試=200×150mm²
L—試驗(yàn)管有效管長(zhǎng);L=210mm
d — 試驗(yàn)管外徑; d=32mm
n — 試驗(yàn)管數(shù); n=1
W測(cè) — 測(cè)速處流體流速;[m/s]
W試 — 試驗(yàn)管截面處流速;[m/s]
3.確定準(zhǔn)則方程式
將數(shù)據(jù)代入,得到準(zhǔn)則數(shù),即可在Num為縱坐標(biāo),以Rem為橫坐標(biāo)的常用對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上,得到一些實(shí)驗(yàn)點(diǎn),然后用直線連起來(lái),因:
IgNum=Igc+nIgRem
Igc為直線的截距,n為直線的斜率,取直線上的兩點(diǎn)
即可得出具體的準(zhǔn)則方程式Nu=CRⁿe
六
、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表
注:最窄流通截面積 F
窄
=
m
2
測(cè)量截面積 F
測(cè)
=
m
2
試驗(yàn)管外徑 d
mm 試驗(yàn)管長(zhǎng)度 L
mm
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