空气纵掠平板时局部换热系数的测定.

空气纵掠平板时局部换热系数的测定
流体纵掠平板是对流换热中的最典型的问题。

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。

一、实验的目的、要求
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，了解沿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、基本原理
局部换热系数α由下列定义：
w/m 2.℃
其中：q ——物体表面某处的热流密度。

q/m 2 t ——相应点的表面温度 ℃ t f ——主流的温度 ℃
本实验装置上所用的试件是一平板，纵向插入一风道中，板表面包覆一薄层金属片利用电流通过金属片对其加热，可以认定金属片表面具有恒定的热流温度。

测定流过金属片的电流和其上的电压降即可准确地确定表面的热流密度，表面温度的变化直接反映出换热系数的大小。

三、实验装置及测量系统
图1为实验段简图，试验段风道1由有机玻璃制成，中间插入一可滑动的板2，中间包覆一金属片，成一很薄的楔板，二侧对称，中间设置有热电偶4沿纵向X 轴不均匀地布置22对热电偶，它们通过热电偶接件6与测量电位差计相联，片3的二端经电源导板与低压直流电源连结。

图2为实验装置的原理图，整流电源1供给低压直流大电流，电流量通过串连在电路中的标准电阻5上的电压降来测量，为简化测量系统。

测量平板壁温t 的热电偶的参考温度不用摄氏零度，而用空气流的温度t f ，即其热端6设在板内，冷端7则在风道气流中，所以热电偶反应的为温差t -t f 的热电势E
（t-t f ），片2端的电压降亦用电位差计测量，为了能用一台电位差计测量热电偶毫伏值，标准电阻上的电压降及片二端的电压降，设有一转换开关9再接入电位差计，在测量片两端的电压降时，受电位差计量程限制，电路中接入一分压箱8。

)(f
t t q
-=α 图1 实验段简图
1、风道
2、平板
3、不锈钢片
4、热电偶
5、电源导板
6、热电偶换接件
图2 测定空气纵掠平板时局部换热系数的装置及测量系统
用比托管12通过倾式微压计11测量掠过平板的气流动压以确定空气流鼓速。

四、实验步骤
连接并检查所有线路和设备，将整流电源电压调节旋纽转至零位。

调整电位差计，然后打开风机，调节风门，并将平板放在适当的位置上，再接通整流电源，并逐步提高输出电压，对平板缓慢加热。

为避免损坏配件，又能达到足够的测温准确度，片温控制在80℃以下，可用手抚摸至手无法忍受为止。

待热稳定后开始测量，从板前缘开始按热电偶编号，用电位差计逐点测出其温度电势E （t-t f ），测量过程中加热电流、电压及气流动压变动较小，可选测几组。

五、基本参数及有关计算公式
平板试件参数：板长L=0.33m ；板宽B=80×10-3
m ；金属片宽b=65×10-3
m ；金属片厚b=1×10-4m ；金属片总长l =2L=0.66m 。

1、金属片壁温t
1、低压直流电源
2、风源
3、实验段风道
4、平板试件
5、标准电阻
6、热电偶热端
7、热偶冷端
8、分压箱
9、转换开关 10、电位差 11、微压计 12、毕托管
所用测温热电偶为铜一康铜，以室温作参考温度时，热端温度在50-80℃范围内变化，冷端热端每1度温差的热电势输出可近似取0.043mV/℃，这对本实验已足够准确。

因此测得反映温差t-tf 的热电势E(t-t f )，mV 即
可求：t-t f =E （t-t f ）/0.043℃ 2、流过金属片的电流I
标准电阻为150A/75mV ，所以测得标准电阻上每1mV 电压降等于2A 电流流过，即
I=2×U 1 （A ）
其中：U 1——标准电阻两端的电压降，mV 。

3、金属片两端的电压降U ：
U=T ×U 2×10-3 （V ）
其中：T ——分压箱倍率T=201；
U 2——经分压箱后测得的电压降，mV 。

4、空气掠过平板的速度u
由毕托管测和气流动压头△h ，毫米水柱，可按下式计算：
其中：ρ——空气密度，kg/m 3 5、局部对流换热系数αx
在下列假设下：（1）电热功率均布在整个表面；（2）不计片面外界辐射散热的影响；（3）忽略片纵向导热的影响。

局部换热系数αx 可按下式计算： W/(m ℃)
6、局部努线特数Nux 与雷诺数Rex ：
其中：x ——离平板前缘的距离，m ； λ——空气的导热系数，W/（m ℃）； v ——控气的运动粘性系数，m 2/s ； ρ——空气密度。

用来流的温度与壁温的平均值作为定性温度，即 平均壁温 六、实验要求
s
m h u /81
.92∆⨯=
ρ
v x
u x x
x Nux t t lb UI
x ⋅=
⋅=
-=
Re )(1λ
αα2
2min
t t t t t x m f +=+α
1、预习实验指导书，编制数据记录与计算用的表格；
2、绘制αx～x关系曲线，或在双对数纸上绘制Nux～Rex关系；
3、分析沿平板对流换热的变化规律，并将实验结果及有关参考书上给出的准确方程进行比较。

七、注意事项
1、特别注意电位差计的使用步骤，以免损坏仪器；
2、为确保壁温不致超出允许范围，启动和停止工作时必须注意操作顺序，启动时必须先开风机，后逐步加热，实验结束时，必须先关加热电源，后关风机。

1、讨论计算αx公式所作的假定，能否在实验数据处理时考虑这些影响。