空气沿横管表面自由运动放热.docx

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空气沿横管表面自由运动放热

空气沿横管表面自由运动放热

实验指导书

一、实验目的和要求：

1.了解空气沿管表面自由放热的实验方式，巩固课堂上学过的知识；

2.测定单管的自由运动放热系数α；

3.依照对自由运动放热的相似分析，整理出准那么方程式。

二、实验原理:

对铜管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，因此对换热量为总热量与辐射热量之差，即：

Q=Qc+QrQc=αF（tω-tf）

α=

Qr—辐射换热量；

Qc—对流换热量；

ε—使馆表面黑度；

c0—黑体的辐射系数；

tω—管壁平均温度；

tf—室内空气温度；

α—自由运动放热系数；

依照相似理论，关于自由对流放热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数pr的函数即：

Nu=f（Gr·pr）

可表示成Nu=c（Pr·Gr）n

其中c、n是通过这个实验所确信的常数。

为了确信上述关系式的具体形式，依照所测数据计算结果求得准那么数：

Nu=

Gr=

Pr、β、λ、ν物性参数有定性温度从教科书中查出。

改变加热量，可求得一组准那么数，把几组数据标在对数坐标纸上取得以Nu为纵坐标，以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，依照：

lgNu=lgc+nlg（Gr·Pr）这条直线的斜率即为n,，截距为co

三、实验装置及测量仪表：

实验装置有实验管（四种类型），测量仪表有电位差计，TDGC型接触式调压器、

稳压器、电流表、电压表。

实验管上有热电偶嵌入管壁，可反映出管壁的热电势，电位差计用于测量室内和管壁的电热势：

稳压管可稳固输入电压，使加入管的热量维持必然；电压、电流表测定电

加热器的电压和的电流。

四、实验步骤

1.按电路图接好线路，经指导教师检查后接通电流；

2.调整调压器，对实验管加热；

3.稳固六小时后，开始测管壁温度，记下数据；

4.距离半小时再记一次，直到两组数据接近为止；

5.取两组接近的数据取平均值，作为计算数据；

6.记下半导体温度计指示的空气温度或用玻璃温度计；

7.经指导教师同意，将调压器调整回零位，切断电源。

五、实验数据的整理

1．已知数据：

管径d1=80mmd2=60mmd3=40mmd4=20mm

管长L1=1800mmL2=1600mmL3=1400mmL4=1200mm

黑度

2．测试数据：

管壁热电势mv1、mv2·····mvn

电流I、电压V

3．整理数据：

壁面平均温度

近似地可按算术平均值计算，即

［ｏＣ］

依照功率表读数，求出各实验管传出的热量，已知壁面温度

和热量Ｑ即可求出α。

依照壁面温度

和空气温度

求出定性温度

，并从教科书的附录中查出各物性参数的值。

然后计算准那么（

）ｍ　及

的数值，利用双对数坐标线将实验点整理成函数式，将整理的公式与教材中推荐的公式比较，并进行讨论。

自由对流横管管外放热系数测定仪

安装利用说明书

自由对流换热是一种较为普遍的热传递形式，本仪器是进行空气沿横管表面自由运动故热实验的专用教学实验装置。

用此装置，能够测定水平单管自由运动放热系数a；还能够依照自由运动放热的相似分析，将实验所得数据整理出准那么方程式。

一、仪器的结构及工作原那么

实验装置如图一所示，要紧由实验管、热电偶、温度表、调压器、功率表等组成。

实验装置提供四根不同直径，不同长度的实验管，实验管的结构如图二所示。

四根不同直径的实验管别离水平地悬挂在两付可起落的支架上，实验管中间装有电加热器，其电源线在管的两头引出。

能够通过调压器给定电压使实验管加热，其加热功率W用功率表测定。

每一个实验管上有4个热电偶嵌入管壁，反映管壁温度的热电势，用温度表来测定。

实验时，对实验管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式散发的，对流换热量为总热量与辐射换热量之差，即

Qc=Q-Qr

而Q=W

Qc=αF（tω-tf）

Qr=CoεF

因此α=

Q—总热量

Qr—辐射换热量；

Qc—对流换热量；

W—加热电功率

tω—实验管管壁平均温度；tf—室内空气温度[0C]

α—自由运动放热系数；

ε—使馆表面黑度；（依如实验管材质和表面性质查表确信）

C0—绝对黑体的辐射系数；（5.669w/（m2·k4）

电控箱利用说明

1．“加热管电压选择”开关选择加热管，后面板的“管1电源”……“管4电流”与选择开关1，2，3，4一一对应，即被选择开关置“1”时，管1电源有电，管l加热。

其加热功率电功率表显示，加热电压由“加热管电压调剂”旋钮调剂。

2.温度测量：

4根管，有16个测温点，每点都安装有热电耦，每管的热电耦经连接线，接后面板标示，连到相应各点，井注意不要把极性接错。

3.测量温度：

前面板设温度表，经其下面的“测温选择”

开关供选择测温点。

如测

（1）管的4个点温度，就别离将1管开关按键按下，温度表可别离显示出各点温度。

（注意没测的管的相应键应放开）。

1.电源引出线2.电源引出孔3.电木板4.绝热材料5.电加热器

图二实验管结构示用意

因此．只要测出加热电功率（W）和管壁温度和室内空气温度，即可求出水平单管表面自由运动放热系数。

（其余参考可查表）

依照相似理论，关于自由对流放热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr，和普朗特数Pr的函数。

即：

Nu=f（Gr·Pr）n

可表示为：

Nu=C（Gr·Pr）n

式中：

C和n是通过实验所确信的常数。

为了确信上述关系式的具体形式，依如实验所测得数据，计算出准那么数：

；

式中，d为实验管直径，Pr、β、λ、和

为物性参数，由定性温度，可从教科书中查出，政变实验管加热量，可求得一组准那么数，在几个不同加热量的情形下测定几组数据，把几组数据在对数坐标纸上取得以Nu为纵坐标和以Gr·Pr，为横纵坐标的一系列实验点。

（最好用几根管子别离进行实验．每根管子在不同加热条件下，测出几组数据，把这些数据都在同一个坐标里绘出实验点来。

）然后，可画出一条直线，使大多数点落在这条直线上下周围。

这条直线的方程即为：

lgNu=lgC+nlg（Gr·Pr）

直线的斜率为n，其截距为C。

由此即确信了准那么方程Nu=C（Gr·Pr）n的指数n和系数C。

二、仪器的要紧参数及性能指标

1.实验管

1）材料：

紫铜

2）尺寸：

管1：

外径d1=φ20mmL1=1200mm

管2：

d2=φ40mmL2=1400mm

管3：

d3=φ60mmL3=1600mm

管4：

d4=φ80mmL4=1800mm

3）黑度

ε1=0.11

ε2=ε3=ε4=0.15

4）最大热功率

wl=500w

w2=500w

w3=600w

w4=800w

2.调压器：

单相1KVA

3.功率表：

48～480V2.5／5A

4.电源要求：

单相220V

三、安装说明

实验装置是散装在包装箱内，开箱时应警惕拿放，并按装箱单清点规格和数量。

实验装置的实验管最好安装在一个单独的房间里，房间要求尽可能密闭，以防止强迫对流，并要求没有暖气设备和阳光直射，以避免外界温度干扰和外来热辐射。

电源操纵平和测试仪表应安放在密闭室的外面。

安装时，先将四根实验管悬挂在二付支架上，悬挂点为实验管两头法兰间的电木板处。

然后将热电偶补偿导线按标出的管号和热电偶编号与热电偶相联接。

电源、功率表的联接可按2页图所示进行，为用电平安。

实验管应专门好地接地。

安装好井检查电路无误后，即可通电进行验收实验。

第一．检查仪器是不是

正常工作．实验管是不是能正常加热，功率表的指示和热电偶是不是正常，若是需要详细验收，可按利用说明进行系统的实验。

四、利用说明

1.先对一根实验管进行实验，检查线路联接正常后，即可开始测试。

2.接通电源，调整和谐变压器，给定必然电压，对实验管加热。

3.稳固六小时后，可开始测试管壁温度，（用琴键开关换点），记下一组数据。

4.每距离半小时再测读一组管壁温度数据，直到前后两组数据接近时为止。

5.记下这两组数据的平均值。

作为计数数据τω。

6．记下室内实验环境的空气温度（用周密温度计测量）。

7．一根管子实验完毕后，将调压器调至零点，并切断电源。

8．重复上述步骤，对其它实验管进行实验。

若是需要通过实验整理出准那么方样式，那么每根实验管都要作不同加热条件下的实验，以便取得较多的实验点。

[注意]实验时，实验管加热下不得超过100℃，以避免烧坏热电偶的焊点。