空气纵掠平板换热系数测量实验指导书-赵辉-20210617(1)

空气纵掠平板换热系数测量实验指导书-赵辉-20210617(1)
空气纵掠平板换热系数测量
实验指导书
姓名：班级：学号：教师：时间：
郑州航空工业管理学院航空工程系
二零一五年
目录
第一章实验装置说
明 ........................................................................... (1)
第一节系统概
述 ........................................................................... . (1)
一、概
述 ........................................................................... ........................................................ 1 二、装置特
点 ........................................................................... ................................................ 1 三、技术指
标 ........................................................................... ................................................ 1 第二节实验装置介
绍 ........................................................................... .. (1)
一、对象组
成 ...........................................................................
................................................ 1 二、控制系
统 ........................................................................... (1)
第二章空气纵掠平板对流换热系数测试实
验 ........................................................................... (2)
一、实验目
的 ........................................................................... ................................................ 2 二、实验原
理 ........................................................................... ................................................ 2 三、实验设备及测试仪
器 ........................................................................... ............................ 2 四、实验步
骤 ........................................................................... ................................................ 3 五、实验结果处
理 ........................................................................... ........................................ 4 六、实验要
求 ........................................................................... ................................................ 5 七、思考
题 ........................................................................... .................................................... 5 八、实验注意事
项 ........................................................................... . (5)
第一章实验装置说明
第一节系统概述
一、概述
局部换热系数是对流换热中的重要概念，特别是流体外掠物体时，物体表面各部位的局部换热系数变化很大。

通过测定空气纵掠平板时的局部换热系数来了解这一现象，并对产生这一现象的原因进行分析，加深对对流换热原理的认识。

适合《工程热力学》、《传热学》、《热工学》等相关课程的实验教学。

二、装置特点
1. 实验装置采用专用工作台（配有万向轮，移动方便）等；设计思路新颖，结构安全可靠；
2. 测温系统采用数显高精度仪表，保证其精度和稳定性，采用热电偶作为温度探头，测试观测点的温度；
3. 进风口风量调节系统采用手轮调节机构，可实现无级调节；
4. 设有电流型漏电保护、过载保护、接地保护，可对人身及设备进行有效保护。

三、技术指标
1. 输入电源：三相AC380V±10% 50Hz
2. 工作环境：温度0℃～+40℃，相对湿度＜85%(25℃)，海拔＜4000m
3. 系统容量：≤3.5kW
4. 安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准
5. 外形尺寸：
1140mm×550mm×1500mm
第二节实验装置介绍
一、对象组成
由实验平台、钢架、风机、倾斜式微压计、热电偶、有机玻璃风道、平板试件等组成。

1.有机玻璃风道：浅蓝色有机玻璃制作，外形尺寸：150×110×435mm。

2.采用倾斜式微压计，测量范围：0～±2000Pa，工作介质：0.81g/cm3，95%乙醇，
外形尺寸：330mm×200mm×230mm，最大工作压力：10000Pa，与毕托管（φ4mm×200mm）
配套使用，用于测量风道风速。

3.平板试件：试件长350mm，宽度100mm。

试件最大加热电流：≤30A，加热温度：
≤80℃。

二、控制系统
由控制屏、漏电保护器、温度巡检仪、低压高频直流电源、直流电压表、交流接触器、指示灯、控制开关等组成。

1.直流电压表：可通过琴键切换电压测量范围（有200mV，2V，20V，200V共4个档位）。

2.低压高频直流电源：规格：电流：0～100A，电压：0～12V；输出方式：稳流限压、稳压限流可切换；显示方式：电压、电流表显示，工作、过热、故障显示；冷却方式：风冷。

3.温度巡检仪：电源电压：220V；输入规格：T分度热电偶。

可同时测16路温度。

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第二章空气纵掠平板对流换热系数测试实验
一、实验目的
1. 了解实验装置的原理、测量系统及测试方法；
2. 通过对实测数据的整理，了解平板局部换热系数的变化规律；
3. 分析讨论换热
系数变化的原因，以加深对对流换热的认识。

二、实验原理
换热系数是表征流体与固体表面之间换热能力的物理量。

对流换热是由热对流和热传
导两部分组成。

外部流动换热是指换热壁面上的流动边界层与热边界层能自由发展，不会
受到邻近通道壁面存在的限制。

因而，在外部流动中存在着一个边界层外的区域，无论是
速度梯度还是温度梯度都可以忽略。

流体纵掠平板是对流换热中的最典型问题。

本实验通过测定空气纵掠平板时的局部换
热系数掌握对流，换热的基本概念的规律。

局部换热系数α，单位为W/(m2・℃)，由下列定义：
??其中：q―物体表面某处的热流密度，W/m2 t―相应点的表面温度，℃ tf―空气来
流温度，℃
q?t?tf?
本实验装置上所用的试件是一平板，纵向插入风道中，板表面包覆一薄层不锈钢片，
利用电流通过不锈钢片对其加热，可以认定不锈钢片表面具有恒定的热流温度。

通过镶在
平板里与不锈钢片接触的热电偶可以测得不锈钢片表面温度。

三、实验设备及测试仪器
空气横掠圆柱体局部换热系数测试的实验装置如图1所示。

风道由有机玻璃制成，中
间直插一可滑移的由绝缘材料制成的平板，在平板表面纵向包覆一金属片，金属片与平板
间设有热电偶，沿纵向轴不均匀地共布置21个热电偶，它们通过补偿导线与温度巡检仪
相联。

金属片两端与电源导板联接。

通过电源导板对金属片通电加热，即形成一恒定热流
密度。

平板上的金属片由直流电源供给低压直流大电流通电加热，电流大小由控制面板电
流表读出。

当空气纵向流过平板时，测定离前沿不同位置处的片壁温度和电加热功率即可确定沿
板片长度方向局部换热系数的变化。

用毕托管、通过倾斜式微压计测量掠过平板的气流动压，以确定空气流速。

测量中读
出的是倾斜式微压计的倾斜管液柱长H（mm），读出的H值应当乘以倾斜式微压计的倍率，即得实际压差高度?h。

由伯努利方程?P?1?u2可得u?2?介g?h2?，式中?介为酒精密度，
0.81g/cm3，
?为空气密度。

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图1
四、实验步骤
1.连接倾斜式微压计，“+”压接头上硅胶管接至L型毕托管水平端，“-”压接头上
硅胶管接至L型毕托管竖直端，将阀门拨在“校准”档位，旋动零位调整旋钮调整液面至
零点，然后将阀门拨在“测压”档位。

将直流电源加热开关拨至“关”，电流调节旋钮旋
至零位。

关闭风机开关；调节风机进风口挡板至中间位置。

2.打开电源总开关，并检查各热电偶信号是否正常，在未加热时温度显示应均为常温。

3.调节风机进风口开度至适当大小，打开风机开关。

4.开启直流电源电源开关，并打开加热开关，拨至恒压档位，调节电流调节旋钮，将
加热电流控制在一固定值（建议在20A左右），对平板试件缓慢加热。

控制金属片温在40°C左右。

5.待温度稳定后开始测量（大约需要3分钟），从板前沿开始按热电偶编号逐点测出
温度值。

并记录加热电流、电压以及气流动压。

6.实验完毕时，先切断平板加热电源，待平板试件冷却后再停止风机。

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