【2017年整理】实验报告-横管自然对流传热规律实验研究.docVIP

中国石油大学传热学实验报告 实验日期： 2013-6-5 班级：石工10-09 成绩： 教师： 学号：1 姓名： 同组者： 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；（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，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，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） tw1 tw2 tw3 tw4 tw5 tw6 1# 1 76.5 84.8 78.8 70.1 90.7 76.6 36 79.6 1.3 61 2 76.8 85.4 79.5 71.2 90.9 77.0 36 80.1 1.3 61 2# 1 108.7 109.9 97.5 104.3 109.0 118.1 36 107.9 1.12 63 2 108.1 110.4 97.9 105.4 110.5 119.1 36 108.57 1.12 63 3# 1 53.5 54.1 55.9 57.3 36 55.2 0.24 22 2 53.9 54.6 56.2 57.5 36 55.55 0.24 22 4# 1 93.5 104.3 104.5 121.9 36 106.05 0.586 86.2 2 93.8 104.9 104.8 121.7 36 106.3 0.585 86.1 五、实验数据处理 1．已知数据 管号 管径d(m) 管长l(m) 黑度ε 1# 0.08 1.6 0.11 2# 0.06 1.2 0.15 3# 0.04 0.8 0.15 4# 0.02 0.5 0.15 2．数据处理 (1) 计算加热的热量Φ=IV（W)