自由对流横管管外放热系数的测定

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法，巩固课堂上学过的知识；

2.测定单管的自由运动放热系数；

3.根据对自由运动放热的相似分析，整理出准则方程式。

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，所以对换热量为总热量与辐射换热量之差，即：

— 辐射换热量；

— 对流换热量；

— 试管表面黑度；

— 黑体的辐射系数；

— 管壁平均温度；

— 室内空气温度；

— 自由运动放热系数；

根据相似理论，对于自由对流放热，努谢尔特数，是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数即：

可表示成    

其中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，根据测量数据计算结果求得准则数：

Pr、β、λ、ν物性参数由定性温度从教科书中查出。

该变加热量，可求得一组准则数，把几组数据标在对数坐标上得到以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，根据：

为这条直线的斜率即为  ，截距为。

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。实验管上有热电偶嵌入管壁，可反映出管壁的温度，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、电流表测定读取并加以计算得出。

四、实验步骤

1.正确连接好线路，经指导老师检查后接通电源； 

2.按动控制箱上控制开关，选择任一直径的实验管进行加热，调整好调压器，将管壁温度控制在200℃左右。

3.稳定六小时后开始测管壁温度,记下数据；

4.间隔半小时再记一次,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.记下玻璃温度计指示的空气温度；

7.经指导教师同意,将调压器调整回零位,切段电源.

五、实验数据的整理

1.已知数据；

管径 d =80mm    d=60mm   d=40mm   d=20mm 

管长 L=1800mm   L=1600mm   L=1400mm   L=1200mm

黑度 ε=0.11    ε=ε=ε=0.15

2.测试数据:

管壁热电势mv1、mv2、mv3、……mvn

管壁温度T1、T2、……Tn

室内空气温度

电流I、电压V。

3.整理数据；

根据所测圆管各点温度计算圆管平均温度，计算加热器的热量   

a）求对流放热系数  

b）查出物性参数

定性温度取空气边界层平均温度，在书的附录中查得空气的导热系数、 热膨胀系数、运动粘度导温系数、和普朗特数。

c）用标准公式计算对流换热系数Nu和。

求相对误差

d）以班组为单位整理准则方程

把求得的有关数据代入准则中可得准则式，把对应的数据标在对数坐标纸上，几组数据可标得一条直线，求得

六、实验报告要求

1.实验目的、原理、步骤、数据整理；

2.作出直线,写出准则方程式；

3.误差分析.

七、思考题

1．怎样才能使本实验管的加热条件成为常壁温？

2．管子表面的热电偶应沿长度和圆周均匀分布，目的何在？

3．如果室内空气温度不平静，会导致什么后果？

4．本实验的Gr数范围有多大，是否可达到紊流状态？