主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 強(qiáng)迫對(duì)流單管外放熱系數(shù)測(cè)試說(shuō)明書(shū)2025-07-07

強(qiáng)迫對(duì)流單管外放熱系數(shù)測(cè)試說(shuō)明書(shū)

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(guò)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(guò)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(guò)計(jì)算求得,而物性參數(shù)可在有關(guān)書(shū)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(mén)調(diào)節(jié)閘門(mén)； 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(mén)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(kāi)啟風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)閘門(mén)。
3.在數(shù)顯電壓表指針為零時(shí)，打開(kāi)加熱開(kāi)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(kāi)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(guò)150V。
4.在一定熱負(fù)荷下，通過(guò)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(kāi)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(shū)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(guò)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=      m²   測(cè)量截面積  F_測(cè)=      m²
試驗(yàn)管外徑 d      mm      試驗(yàn)管長(zhǎng)度 L      mm

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