1、1测定强制对流时空气横掠园管的平均换热系数。2应用相似理论将实验结果整理成准则关系式，并在双对数坐标上绘出Nu-Re曲线。3了解实验的基本思想，加深应用模型试验方法解决工程实际中具体问题的认识。强制对流换热是工程实际中最常遇到的传热学问题，有着广泛的应用。并且，强制对流平均换热系数是设备换热效率的重要指标，因此，测定对流换热系数有着工程实际意义。空气横掠单管单管时，在管外形成了较为复杂的园园柱绕流流场柱绕流流场，园柱面附近的流速、压强分布与来流情况有很大变化，致使园管断面上各点换热系数不同。本实验不考虑各局部位置的影响，仅给出园管的综合换热效果，即平均换热系数。“热对流”是指流体中温度不同的各
2、部分相互混合的宏观运动所引起的热量传递现象。根据引起流体宏观运动的原因不同，可以把“热对流”分为自然对流自然对流换热和强制对流强制对流换热。严格地说，强制对流换热中不能排除自然对流换热的作用，只是因为它的影响远小于前者而不予考虑。根据牛顿冷却定律，在稳态热流条件下Attfw)(Q 式中，平均换热系数，w/m2.；Q 单位时间放热量，W；tw ,tf 分别为壁面温度和气流温度，；A 放热管放热面积，m 2。dNuWdReaPr式中，努谢尔特数（准则）。由于Nu数中含有换热系数，故又称无因次换热系数，表征对流换热的强烈程度；雷诺数（准则）。是强制对流的一个重要的已定相似准则；普朗特数（准则）。表征
3、动量传递热 量传递的相似程度；d 放热管外径，m；流体介质在定性温度tm下的导热系数，w/m.流体介质在定性温度tm下的运动粘度，m2/s；a 流体介质在定性温度tm下导温系数，m2/s。W 流体介质的速度，m/s；应用相似理论研究强制对流换热问题，在几何相似的园管中及稳态热流条件下，换热规律可表述为 2tttfwm 对于空气介质，在温度变化不大时，Pr数值变化很小可视作常数（如在室温条件下，Pr0.7），准则关系式可简化为Nu=f(Re)Nu=f(Re)通常把实验结果整理成幂函数的形式Nu=C ReNu=C Remm （10-310-3）式中c和m的值根据实验数据用最小二乘法确定。其中，流体
4、介质的定性温度 测定装置见图10-1所示。1风源 箱式风洞，由风箱、风机、风门及试验段组成。2电源 提供直流低压大电流的硅整流器。3试件 四支外径不同、内部绝热、外覆不锈钢薄片的放热管，内壁焊有热电偶热端（铜 康铜）。4流速测量仪表 毕托管、倾斜式微压计。5温度测量仪表 热电偶冷端、分压箱、电位差计、水银温度计。武汉理工大学*材料科学与工程学院1.风箱；2、风机；3、试验段；4、试件5、硅整流器；6、风门7、毕托管；8、倾斜微压计；9、分压箱；10、电位差计；11、管内热电偶；12、冷端热电偶。武汉理工大学*材料科学与工程学院 箱式箱式风洞由风风洞由风箱、风机、箱、风机、风门及试风门及试验段组
5、成。验段组成。武汉理工大学*材料科学与工程学院 温度测量温度测量仪表仪表 由由热电偶冷端、热电偶冷端、分压箱、电位分压箱、电位差计、水银温差计、水银温度计进行组合度计进行组合武汉理工大学*材料科学与工程学院 流速测量流速测量仪表仪表 由由毕托管、倾斜毕托管、倾斜式微压计进行式微压计进行组合组合武汉理工大学*材料科学与工程学院 四支外径四支外径不同、内部绝不同、内部绝热、外覆不锈热、外覆不锈钢薄片的放热钢薄片的放热管，内壁焊有管，内壁焊有热电偶的热端热电偶的热端（铜（铜 康铜康铜）1 1在试验段上安装毕托管，在试验段上安装毕托管，使其开口正迎来流方向，并用胶使其开口正迎来流方向，并用胶管与微压计
6、接通。微压计调平、管与微压计接通。微压计调平、调零。调零。2 2接电源于试验段极片；接电源于试验段极片；将测定电源电压的导线接于分压将测定电源电压的导线接于分压箱相应接线柱上。箱相应接线柱上。3 3将试件插入试验段，冷端将试件插入试验段，冷端热电偶（铜热电偶（铜-康铜）装在与毕托康铜）装在与毕托管相对应的位置，用导线实现热管相对应的位置，用导线实现热电偶冷，热端的串联，以测出温电偶冷，热端的串联，以测出温差（差（tw-tftw-tf）的热电势）的热电势E E（tw ,tw ,tftf）。将导线接到分压箱相应接）。将导线接到分压箱相应接线柱上，进行电位差计的调试。线柱上，进行电位差计的调试。武汉
7、理工大学*材料科学与工程学院仪器配置与接线示意图 4关闭风门开启风机，打开风门至2或3挡，然后通电，调节电流至参考值。武汉理工大学*材料科学与工程学院电流电流参考值参考值放热管放热管1（粗）（粗）234（细）（细）电流参考值电流参考值（A A）25201612注意注意 ：每组电源供每组电源供 2 2 台设备台设备 ，即有，即有 2 2 只放热管只放热管 ，所以电源的电流所以电源的电流 按按 上值加倍上值加倍 。5热稳定后（2-3分钟）测定并记录气流动压读数h(mmH2O)；电压V1、电压V2、温差势电热E（tw ,tf）读数（均为mv）以及气流温度tf。6调节风门，改变流速，重复步骤4，共测4
8、组数据(风门调节，每次相差约 10 mmH2O)。7关闭电源，片刻后关闭风机，更换放热管(必须2只一起换,即一组实验做完后，必须等另一组做完后再停电。否则会烧坏放热管)，重复步骤3、4、5。8实验结束，关闭电源，片刻后关闭风机及风门，仪器仪表归位。武汉理工大学*材料科学与工程学院测量项目单位 第一组 第二组 第三组 放热管的尺寸外径d m 长度l m 0.10.10.1面积F m2工况编号 123412341234气流动压h mmH2O 工 作电 流 参考值A 实测值 A 工作电压U V 气流温度tf 温差热电势E mv 壁温热电势E mv 2w2pp2wh9.812w 计算流速、发热量、放热
9、管壁温、温差（tw-tf）及平 均换热系数，并将计算结果列于表10-2中。流速w 对于气体流动，根据伯努利方程有 当p用mmH2O表示时，由于1 mmH2O=9.81 Pa，所以流速计算公式可写为式中 空气密度（温度为tf时），kg/m3；h 动压读数，mmH2O。武汉理工大学*材料科学与工程学院 试件工作段发热量QQ=I U (w)Q=I U (w)式中，I=2 V2；A 工作段电流。其中V2为工作电流通过标准电阻后的电压降mv值。由于本实验装置两台并联共用，放热管相同时，可近似认为每台通过的工作电流相等，即：I=V2 (A)I=V2 (A)V=T V=T V1 V1 10-3 10-3 式
10、中 V 工作段电压降。T为分压箱电压倍率，T=201。V1为工作段电压经分压箱后测得的mV值。武汉理工大学*材料科学与工程学院 放热管壁温tw由于放热管是由很薄的不锈钢片制成（厚约0.2 mm），所以可认为钢片内外表面温度相等，壁温热电势可用下式计算：E(tE(tw w,0)=E(t,0)=E(tw w,t,tf f)+E(t)+E(tf f,0),0)式中右边第一项测量给出，第二项根据tf查分度表给出，算出E(tE(tw w,0),0)，查出。再算出过余温度。平均换热系数)At(tQfw(w/m2)武汉理工大学*材料科学与工程学院用最小二乘法计算c、m值，给出准则公式。在双对数坐标纸上绘出N
11、u-Re曲线，并点绘出各实验点 计算雷诺数和努谢尔特数，将计算结果列于表10-2中。通常把实验结果整理成幂函数的形式。式中 系数c和指数m应用最小二乘法确定。对上式两边取对数 令LgNu=y,LgRe=x，则有直线关系式 根据最小二乘法，常数a、m按下列公式计算 式中n为试验点数目。RelglglgmCNu22x)(xnyxxynmnxmy武汉理工大学*材料科学与工程学院 在双对数坐标纸上画出在双对数坐标纸上画出Nu-ReNu-Re曲线，并点绘出各实验点曲线，并点绘出各实验点 用用ExcelExcel也可作图，用数据绘图结果如下。用也可作图，用数据绘图结果如下。用ExcelExcel添加趋添加趋势线的方法，可以直接给出势线的方法，可以直接给出 Nu-ReNu-Re 对应的方程。对应的方程。武汉理工大学*材料科学与工程学院y=0.6236x-0.66451.01.21.41.61.82.02.53.03.54.04.5logRelogNu武汉理工大学*材料科学与工程学院1、如何从温差热电势E（tw ,tf）算出放热管壁温tw和过余温度tw-tf？2、如何扩大实验范围？你有何设想？1 孙晋涛，硅酸盐工业热工过程及设备（上册），建筑工 业出版社，1985年(第2版)。2 上海交大热工实验室，空气横掠单管时平均换热系数的测定。武汉理工大学*材料科学与工程学院
