空气横掠管束时的强迫对流传热.docVIP

空气横掠管束时的强迫对流传热 一、 实验目的： 熟悉实验原理及装置，掌握测定流速、热流量、温度的方法。 通过对实验数据的综合整理，进一步了解相似理论的应用。 二、 实验原理： 流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管距、管排数和排列方式也影响对流传热系数。由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交叉地减少，流体在管间交替地加速和减速。管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。 从第二排起，后排管子都处于前排管子的尾流中。在尾流涡旋的作用下，后排管子的对流传热系数h比前排高，也就是说，第二排管子受第一排尾部涡流的影响，h2＞h1；第三排管子受第二排尾部涡流影响，而且由于这种涡流经第一排和第二排管束的共同作用，扰动更强烈，所以h3＞h2。同样h4＞h3…，但经过几排管子以后扰动基本稳定，hz几乎不再变化。 图 1 流体横掠管束时的流动情况 管束排列方式对h的影响比较明显。由图1可见顺排时后排管子直接位于前排管子的尾流中，部分管面没有受到来流的直接冲刷，而叉排时后排管子受到前排管子间来流的直接冲刷，因而管子前半部分的传热情况要比顺排好，整个叉排管束的平均对流传热系数比顺排高。工程上大多数管束处于Re不大的情况下，符合上述情况。在Re较高时，由于顺排管束的尾部涡流增强，使后排管子受到尾流影响的面积增加，而且由于涡流增强，扰动更强烈，以致顺排管束的对流传热系数可超过叉排管束。 三、实验装置及测量系统： 1、电源开关 2、仪表开关 3、交流供电开关 4、交流调压旋钮 5、直流大功率电源 6、差压表 7、交流功率表 8、电流表 9、电压表 10、十六路温度巡检仪 11、四路温度巡检仪 12、毕托管 13、风道 14、热电偶（测来流温）15、热电偶（测管壁温）16、管束试件（顺、叉排）17、交流0~220V（连续可调）供电电极18、变频器 图 3 本实验台采用的排列方式和尺寸 四、实验步骤： 1、连接并检查所有线路和设备，在仪表正常工作后，关闭直流供电电源！将交流供电源开关打开，调节旋纽先转至零位。 2、然后点击变频器的RUN/STOP键，调节变频器使表头显示为10.0Hz左右。将交流电调节旋纽转至适当位置，注意观察控制箱面板上的功率表，并逐步提高输出功率，对管束缓慢加热。为避免损坏配件，又能达到足够的测温准确度，加热功率大小的调整以使壁面温度控制在80℃以下为原则。待设备参数稳定后，可读取第一组试验数据。 3、保持加热功率不变，巡检仪上各温度显示基本稳定后，再将风机频率由0—50Hz定值递增，每改变一次待稳定后可测到一组数据。试验时对每一种排列的管子，空气流速可调整5个工况以上，都须保持加热功率不变。温度的高低应根据管子排列不同及风速大小适当调整，保持管壁与空气来流有适当的温差即可。 4、同时观察毕托管测速风压显示。调压、调频应配合调整直到系统稳定并便于读取温度、风压、直流电流、直流电压值。 五、实验数据的计算与整理： 流体横掠管束时的平均对流传热系数可按下式计算 （1-1） 式中： 下脚标f —表示定性温度为按来流温度计算。空气来流温度tf用水银温度计测量。 ——普朗特数，上式适用于0.7＜500. ——横向节距，m ——纵向节距，m ——以流体平均温度下管间最大流速计算雷诺数， 。其中为流体平均温度下管间最大流速，m/s， ——为管子外径，m。 c, m, n, k, p ——系数和指数 ——管排修正系数 ——流体斜向冲刷管束时的修正系数 ——的计算比较麻烦。如已知未进入管束时的流体速度，则在流体入口温度下的最大流速为： 顺排时 差排时为 和 中的最大者，其中 以差排试件为例：采用十八根紫铜管排列，可先算出一根的换热系数 管直径D=10mm管长为120 mm。 空气来流速度u m/s ( 4.3) 其中： – 比托管测得空气的动压， Pa ρ–空气密度 Kg/m3 2 、管壁温度tw 由铜-康铜热电偶测得的热电势E（t1，tf），可按附录A确定内壁温度t1。 试验中，由装在管内壁的热电偶测量管壁温度，直接由巡检仪读出。由于试验管为有内热源的圆筒形壁，且内壁绝热，因此，内壁温度 t1大于外壁温度tw（根据管内温度可以计算外壁温度tw。由于所用管壁很薄，仅0.2-0.3