横管自然对流传热规律实验研究

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1、中国石油大学传热学实验报告实验日期：2012-6-4班级：石工09-10成绩：教师：学号：09021452姓名：任婷同组者：周霞、栾婷婷实验二横管自然对流传热规律实验研究一、实验目的1．了解空气沿横管表面自然对流传热规律的实验研究方法，巩固课堂上学过的传热学知识。2．测定横管的自然对流传热系数h。3．通过数据处理，整理出自然对流传热准则方程式。二、实验原理对横管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量为总热量与辐射热换量之差，即：,,(W)式中：一加热功率,W；一辐射换热量,W；一对流换热量,W；一管表面黑度；一黑体的辐射系数

2、；（W/m2·K4）一管壁平均温度,℃；一室内空气温度,℃；A一管表面积，m2；h一自然对流传热系数,W/(m2·℃)；根据相似理论，对于自然对流传热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数，可表示成：其中C、n是通过实验所确定的常数。为了确定上述关系式的具体形式，根据所测的数据，求出准则数：式中，Pr、α、λ、ν为空气的物性参数，由定性温度tm从教科书中查出。，d为定型尺寸,取管外径,。为横管平均壁温，取各测点温度平均值，即。测出稳定状态下四根横管的管壁温度、加热功率和空气温度，即可求得4组Nu、Gr·Pr数，把4组数据取对数绘在直角坐

3、标纸上,得到以lnNu为纵坐标，以ln(Gr·Pr)为横坐标的一系列点，画一条直线，使大多数点落在这条直线上或周围，根据：,这条直线的斜率即为n，截距为lnC。因此可以求出常数C和n。三、实验装置及测量仪表实验装置有实验管(四种类型)，支架、测量仪表电控箱等组成。(见简图)实验装置示意图实验管内有加热丝，通一恒定电流可加热，产生的热量通过自然对流传热、辐射传热和轴向导热向周围传递，由于管长径比较大，轴向导热可忽略不计，只考虑自然对流传热、辐射传热，为了减少辐射传热量，管壁采用电镀，使其黑度系数减小，辐射传热量的比例减小，在总加热功率中减掉辐射传热量，

4、则是自然对流传热量。经过一段时间后，管壁温度趋于稳定，实验管上有热电偶安装在管壁上，可以测出出管壁的温度，由安装在电控箱上的测温数显表通过转换开关读取温度值。电加热功率则可用数显电压表、电流表读取，并计算出加热功率。四、实验步骤1．熟悉实验装置的组成、各部分的作用、测量线路和加热线路。2．实验装置已提前加热基本趋于稳定，实验时不要调节加热电压。3．开始测量各参数。管壁温度通过数显仪表和按键开关依此测量，其中1#、2#管有6个测温点，3#、4#管有4个测温点，室内空气温度用数显温度计测量，加热电流和加热电压直接从数显仪表上读取。4．间隔20分钟再测一次

5、，若两次数据误差小于1%，则说明达到稳态，即不再测量。用最后一次测的数据进行数据处理。若误差较大，可过20分钟再测一次。5．测量完结束实验，但不要关闭电源，以备后面的同学进行实验。6．测试数据记录表按表测量管壁温度tw1,Tw2,tw3…twn室内空气温度t∞、电流I、电压V。记录在表中。表2-1实验数据记录表管号测量次数管壁各点温度twi（℃）空气温度t∝平均壁温tw加热电流I（A）加热电压V（V）tw1tw2tw3tw4tw5tw61#175.288.689.684.788.334.585.281.364275.088.789.784.688.2

6、34.585.241.3632#177.780.676.283.878.034.579.260.6738278.080.076.884.377.934.579.400.67383#172.468.568.768.734.569.5750.4843273.068.569.268.934.569.900.48434#169.776.965.169.834.570.3750.1928270.577.164.670.334.570.6250.1928五、实验数据处理1．已知数据管号管径d(m)管长l(m)黑度ε1#0.081.60.112#0.061.20.

7、153#0.040.80.154#0.020.50.152．数据处理(1)计算加热的热量Φ=IV（W)、平均壁温、定性温度，定性温度取管壁温度和空气温度的平均值。用最后一次数据处理，以1#第2次测量数据为例计算：同理可计算的其他三组数据，整理结果如下表2-2所示：表2-2管号Φ/Wtw/℃tm/℃Δt/℃1#81.985.2459.8750.742#25.4679.456.9544.93#20.6469.952.235.44#5.3270.62552.562536.125(2)计算自然对流传热系数以1#管为例计算：1#管表面积=3.09w/(m²•℃

8、)同理可计算其他三组数据，整理结果如下表2-3所示：表2-3管号/w管径d/m管长l(m)表面积A/m²/℃