最新实验指导书(空气沿横置圆管表面自然对流平均换热系数的测定)
空气沿横管外表面自然对流换热实验
实验三、空气沿横管外表面自然对流换热实验一、实验目的1、测定无限空间内水平横管和空气间自由流动时的放热系数。
2、根据自由流动放热过程的相似分析，将实验数据整理成准则方程式。
3、通过实验加深对相似理论的理解，并初步掌握在相似理论指导下进行实验研究的方法。
二、实验原理根据相似原理，空气自由流动放热过程准则方程由下式描述：)(γγP G f N u ⋅=通常用幂函数形式来表示：n u P G c N )(γγ⋅=通过实验确定准则方程式的函数形式，即确定准则方程式中的系数C 和指数n 。
λαdN u =2322υβνβγtd g tg G ∆=∆=ανγ=P（ P γ准则数也可以根据定性温度由书后附录查得）d —定型尺寸即横管外径； g —重力加速度：t m —定性温度。
t m =2w ft t +△t — △t=t w -t fv —空气运动粘度； λ—空气导热系数； β—空气容积膨胀系数，β=1mT 为了具体确定（1）式，根据相似定理，通过实验测得或者从书后附录中查得上述所有物理量。
而放热系数α是通过计算求得的。
由热量平衡，水平横管内电加热器发出的热量等于横管上空气自由流动放热量加横管辐射换热热量。
电加热器发热量Q=IV （W ） 横管上空气自由流动放热量Q=αF （t w -t f ） （W ）其中；F=dI π2（m ） I 为计算管长（m ）。
横管辐射换热量Q=44[100100f o T T C F ωε-（）（） ] （W ） 其中： ε—横管表面黑度，查附录7，磨光的铬ε=0.058；Co —黑体辐射系数，Co=5.67（W/㎡•K 4） 由于： Q=Q 1+Q 2 即：IV=4[100f o T Ft t C F ωωαω-+-4f T （）（）（）]10044[]100W O f T IV C F F t t ωεα--=-f T （）（）100（）W/㎡•℃ （2）三、实验装置实验装置有试验管（为降低辐射散热量的影响，试管表面镀铬抛光），放试验管的支撑架，转换开关盒等。
实验指导书(空气沿横置圆管表面自然对流平均换热系数的测定)
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复习思考题： 1．以本实验为例，试述相似理论在自然对流换热实验研究中的应用。 2．你对本实验装置有什么改进的意见？ 实验内容包括学习在自然对流实验台上研究空气沿横置圆管表面自然
对流换热的方法,测定空气沿横置圆管表面自然对流的平均换热系数 α,将 实验数据整理成准则方程。0YujCfmUCw
βν系数运动粘度加热量ff
根据 tf 查 Q=IU
m2/s W
Q
辐
射
换 热
Qr=ε·C0F[(错误!>4-
热
(错误!>4]
W
流
量
对
流
换
热
Qc=Q-Qr
W
热
流
量
换 热
α=错误!
W/(m2·k>
N系数α努谢特数葛拉晓uf
Nu= 错误! Grf =错误!
夫 数
式中：Qc——
对流换热量
Grf
tw—— 单管壁面的平均温度
20————D4=80mm 对应实验管的加热开关、调节旋钮、指示灯、保险管
21————计算机采集 RS232 接口。Zzz6ZB2Ltk
电脑可显示并自动记录单圆管壁面温度、实际电流、电压、室内温
度，通过数据分析，很容易判断系统是否达到稳定工况；它还可自动运算
和描绘出图线。dvzfvkwMI1四、实验步骤AAAAV
XMTF808 ALM1
ALM1
AT OUT ALTEC
PV
SV
SET
图三、控制箱
1——D4=80mm 测温琴键开关
2——D3=60mm 测温琴键开关 3——
D2=40mm 测温琴键开关 4——D1=20mm 测温琴键开关 xHAQX74J0X
对流传热系数的测定实验指导书
对流传热系数的测定实验指导书1 训练目的：1．1熟悉换热装置中的各种设备及名称、各类测量仪表及名称、控制阀门的作用、冷热流体进出口位置等。
1．2了解换热器的结构，掌握对装置的试压、试漏等操作技能。
1．3掌握传热系统的流程和开、停车步骤及常见事故的处理方法。
1．4学会对流传热系数的测定方法。
1．5测定空气在圆形直管内（或螺旋槽管内）的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关系式。
1．6了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。
2．实验内容：测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进出口温度，求得空气在管内的对流传热系数。
3 基本原理3．1准数关系式对流传热系数是研究传过程及换热性能的一个很重要的参数。
在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对流传热所组成。
由单位传热速率议程式知，单位时间、单位传热面积所传递的热量为q=K（T－t）而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示q=a h·（T－T wl）或q=a·（t w2－t）式中q—传热量，W/℃；a—给热系数，W/㎡；T—热流体温度，℃；t—冷液体温度，℃；T w1、t w2—热冷液体的壁温，℃；下标：c—冷侧面h—热侧由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各种因素下对流传热系数的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方块字程。
在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系数的变化规律可用如下准数关联式表示N u=CR e m P r n=ad/λR e=duρ/µ=dw/AμNμ—努塞尔特准数；Re—雷诺准数；P r—普兰特准数；w—空气的质量流量，㎏/s；d—热管内径，m；A—换热管截面积，㎡；μ—定性温度下空气的粘度，P a·S；λ—定性温度下空气的导热系数，W/（m·℃）；a—对流传热系数，W/（㎡·℃）；当流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。
试验三空气沿水平圆管外表面的自然对流换热系数
式中，V——烟气试样体积（毫升）； V1——烟气被KOH吸收后的体积（毫升）；
升）；V2——烟气被焦性没食子酸钾溶液吸收后的体积（毫 V3——烟气被氯化亚铜氨溶液吸收后的体积（毫升）。
⒊计算空气过剩系数
N2
N2
79 21
O2
1 2
CO
4.分析、讨论实验结果。
六、实验注意事项：
3、间隔10分钟，测一组管壁数据，直至前 后两组数据接近时为止，以这两组数据的平均值 作为计算数据Tw。
4、改变加热功率（即电压）至新工况，重 复上述步骤，进行实验4－6次。
5、操作过程：
（1）用水准瓶分别调节各吸收瓶内吸收液的液 面，使各瓶内吸收液充满至阀门处。
注意：在调节某一吸收瓶内的吸收液封时，应 关闭其他吸收瓶的开关。
（2）关闭K1至K6开关，打开K7及K8，提高水准 瓶，使指示液充满量管，将管路中空气排出，把烟 气试样接入干燥管进口，关闭K8，打开K6，降低水 准瓶，使烟气吸入量管。然后打开K8，提高水准瓶 此时吸入之烟气连同管路中的残余空气一起排出。 这样整个管路均被烟气“清洗”了一次，若“清洗” 不净，可再“清洗”1至2次。
用相似准则综合实验数据的方法，认识相似理论在 对流换热实验研究中的指导意义。
二、实验原理
当固体表面与流过该表面的流体之间存在温度 差时，固体表面与流体之间产生的热量交换现象称 为对流换热。对流换热过程是硅酸盐工业热工设备 中最主要的换热过程之一。由于对流换热一方面依 靠流体分子之间的导热作用，同时还受到流体宏观 运动的控制，因而影响对流换热的因素很多，主要 有三个方面，即流动工况、表面状态和工质物性。 从而使得对流换热过程成为所有换热过程中最复杂 的一种，亦使得实验研究成为研究对流换热过程的 一个极为重要的手段和解决问题的基本途径。
山大传热学实验二空气沿横管表面自然对流换热实验-2023 (2)
传热学实验二 空气沿横管表面自然对流换热一、 实验目的1. 测定大空间内横管周围空气自然对流时的表面传热系数；2. 根据自然对流换热过程的相似分析，将多个工况的实验数据整理成大空间自然对流实验关联式；3. 通过实验加深对相似理论和自然对流换热规律的理解，并初步掌握在相似理论指导下进行实验研究的方法。
二、 实验原理1. 被加热的水平横管，其表面壁温为t w ，周围环境空气温度为t f 。
当 t w ＞t f 时，横管附近空气由于受到横管的直接加热，导致温度升高，密度变小；又因为密度的不均匀而引起浮升力，使得横管周围的空气开始沿横管表面向上运动，而周围的空气又补充到横管周围，如此循环，形成自然对流换热。
2. 根据牛顿公式，在稳定状态下，加热横管表面由于对流换热而散失的热量Q c可由下式计算：Q c =ℎA(t w −t f ) W （1）式中：h ——壁面平均换热系数，W/（m 2·K ）； A ——横管有效换热面积，m 2； t w ——横管壁面平均温度，℃；t f ——空气主流温度，℃。
3. 考虑横管表面对空间辐射的影响，还有一部分热量由管壁以辐射方式向外散热，散热量可由下式计算：Q R =εδA [(T w 100)4−(T f100)4] W （2）式中：ε——管子表面黑度（ε1＝0.11，ε2＝ε3＝ε4＝0.15）； δ——黑体辐射常数，δ＝5.67 W/（m 2·K 4）; A ——管子表面积，m 2； T w ——管子壁面平均温度，K ；T f——空气温度，K。
4.根据式（1）和式（2），当达到稳定状态时，横管传给空气总的热量，在忽略管子端部散热的前提下，应等于管子内部电加热器所产生的热量Q，即Q= Q c+Q R=IU，因此若测得壁温t w和空气温度t f，那么对流换热系数h，可由下式求得：ℎ=Q−Q RA(t w−t f)=IU−εδA[(T w100)4−(T f100)4]A(t w−t f)（3）5.根据相似原理，自然对流换热过程准则方程由（4）式所示：Nu=C(Pr∙Gr)n（4）Nu=ℎdλ（5）Pr=νa（6）Gr=gβd3Δtυ2（7）式中：Nu——努塞尔数；Gr——格拉晓夫数；Pr——普朗特数，由定性温度查附录空气参数表；λ——空气导热系数，W/(m·K)；d——横管外径，m；β——空气的体积膨胀系数，理想气体β=1t m+273.15，-1K；ν——流体运动粘度，m2/s；Δt——壁面与空气的温差，℃。
空气横掠单圆管时自然对流换热实验
空气横掠单圆管时自然对流换热实验空气横掠单圆管时自然对流换热实验一、实验目的1. 测定水平圆管加热时周围空气自然对流换热平均表面传热系数h。
2. 根据自然对流放热过程的相似分析，将实验数据整理成准则方程式。
3. 通过实验加深对相似理论基本内容的理解。
二、实验原理根据相似理论，空气沿水平管外表面自然对流时，一般可以得到以下指数形式的准则关系式:nNu=C(GrPr) (1) 式中，Nu，努谢尔特准则:Nu=hD/, (2) Gr，格拉晓夫准则:32Gr=g,?tD/v (3) Pr，普朗特准则，是温度的函数。
C和n均为常数。
我们的任务就是通过实验确定式中的这两个常数。
在准则式中，空气的导热系数,，运动粘度v，以及普朗特准则数Pr可以根据实验管壁面温度t和环境空气温度t的平均值t，查阅有关手册内插得到。
空气的容积膨胀wfm系数, 取理想气体的膨胀系数, , =1/T。
g是重力加速度，D是管子直径，?t 是远离管壁的m空气温度差，?t=t,t，t为空气温度，t为管外壁温。
关键的是对流换热表面传热系数hwffw的确定。
由对流换热表面传热系数h的定义:h=Q/F?t (4) a式中，Q为水平管外表面与周围空气之间的对流换热量，水平管的外表面积F=DL，L为,a水平管的有效长度。
在气体中的对流换热，不可避免的会伴随有换热壁面与周围环境的辐射换热，因此，则管的实际传出热量为对流换热和辐射换热量之和:,844Q=Q+Q=hF(t,t)+CF(T,T)×10 ,arwf0wf,,24式中，为实验管外表面的黑度，黑体辐射系数C=5.67W?m?K。
在这里，假定了环,0境温度即空气温度。
于是，水平管外表面对流换热表面传热系数就可以由下式确定:,844h=[Q/F,C(T,T)×10]/ (t,t) (5) ,0wfwf由式(5)，对给定外径为D和长度为L表面黑度, 确定的水平实验管，只要测量管的实际传出热量Q、管外壁温t、远离壁面约1米处空气的温度t、就可以确定水平管外表面wf对流换热表面传热系数h。
空气对流换热
2006对流换热实验目录1.................. 空气横掠平板换热实验台实验指导书........ 小型气水换热器实验台实验指导书..........空气横掠可旋转圆管换热实验台实验指导书2. 3. 4. 5.1 6 17 19 201 •空气横掠圆管换热实验台实验指导书一、实验目的1, 了解实验装置，熟悉空气流速及管壁温度的测量的方法，掌握测量仪器仪表的使用方法 2, 测定空气横掠单管平均表面传热系数，并将结果整理成准则关系式. 3,掌握强制对流换热实验数据的处理及误差分析方法二. 实验原理与实验装置根据对流换热的量纲分析，稳态强制对流换热规律可以用下列准则关系式来表示:经验表明上式可以表示成下列形式：恥=（1）对于空气，当温度变化不犬时，普朗特书Pr 变化很小，可以作为常数处理. 故（1）式可表示为 血=C'R 孑（2）本实验的任务就是确定C/之值。
因此就需要测定血忌数中所包含的各个物理量。
其中管径d 为已知量，物性X 、V,按定性温度查表确定.表面传热系数矗不能直接测出, 必须通过测加热量，壁温®及流体平均温度“，根据（3）式来计算：必=0亦宀）W/（m 2 - K ） （3）其中 °：电加热功率月：单管外表面积3州° 试验装置结构及工作原理如图一所示:^ = /(Re,Pr)v Pr =-a图1实验风洞系统简图1•风机支架2.风机3.风量调节手轮4.过渡管5.测压管6•测速段7.过渡管8.测压管9•实验管段10.测压管11.吸入管12.支架13.加热元件14.控制盘三、实验步骤1.将皮托管与差压传感器连接好、校正零点；连接热电偶，再将加热器、功率表以及调压变压器的线路连接好。
经指导老师检查确认无误后，准备启动风机。
2.在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。
3.在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热实验管，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷卞加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温热电偶的温度在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录热电偶温度、电功率、空气进出口温度。
空气横掠单管时平均换热系数的测定
空气横掠单管时平均换热系数的测定一、实验目的1． 测定空气横掠单管时的平均换热系数，并将数据整理成准则方程式。
2． 了解对流换热实验的方法，学会用相似理论处理实验数据的能力。
3． 学习风速、温度、加热功率测量的基本技能。
二．实验原理根据对流换热的分析，受迫流动的换热规律可用下列准则关系式表示Nu=f(Re, Pr) (1)对于空气，普朗特数可视为常数。
故（1）式又简化为 Nu=f(Re) (2)努谢尔特数 Nu=λhd(3)雷诺数 Re=υud(4) 其中： h — 空气横掠单管时的平均换热系数，（w/m 2·K ） u — 来流空气的速度， （m/s ） λ — 空气的导热系数， （w/m ·K ） υ — 空气的运动粘度， （m 2/s ）要通过实验确定空气横掠单管时Nu 与Re 的关系，就需要测定不同流速以及不同管子直径d 时的换热系数h 。
因此，本实验中要测量的基本量为管子所处的空气流速、空气温度、管壁温度及管子的加热量。
三、实验设备实验系统见图1。
实验本体有风箱1、风机2、有机玻璃风道3组成。
试验管为薄壁不锈钢圆管4，安装在有机玻璃风道实验段中间。
采用低电压大电流的直流电对试验管直接加热。
低压大电流直流电由硅整流电源5供给。
调整硅整流电源可改变加热功率。
为使雷诺数Re 有较大的变化范围，实验时采用同时改变空气流速和管子直径的方法。
空气流速u 通过调节风机入口处的调风门6来改变。
管子直径采用更换不同直径的试验管改变。
四．测试方法及实验步骤在试验管处风道中装有毕脱管7，通过倾斜式微压计8测出实验段中空气来流的动压△H ，然后计算空气流速u 。
为了准确测定试验管上的加热功率并排除管子两端的影响，在距离管端一定距离处焊有二电压测点a 、b ，经过分压箱9和转换开关10，用电位差计11准确测定该二电压测点处的电压降U 。
试验管的加热回路中串联了一标准电阻12，电流流过标准电阻时的电压降△U 经转换开关10和电位差计11测量，然后确定流过试验管的工作电流I 。
《传热学》实验指导书
XX学院实验指导书课程编号：课程名称：传热学实验学时： 6 适用专业：能源与动力工程制定人：制（修）订时间： 2020年8月专业负责人审核：专业建设工作组审核：2020年8月实验纪律要求1.请按照时间安排准时进入实验室。
2.请不要带入与实验无关的各类用具及杂物。
请保持安静、整洁的实验环境。
3.请自觉遵守实验室的各项规章制度，听从实验室管理人员和教师的安排。
4.实验过程中设备出现故障时，请不要擅自处理，并请立即报告实验室管理人员。
5.实验完毕时，请按指定位置摆放实验物品，把工作凳排列整齐，有序地离开实验室。
6.学生操作实验过程中，请不要随意更换实验配置，坚决杜绝盗取配件等行为。
7.请爱护实验室的各种设备。
第一部分实验大纲一、实验教学目的与基本要求通过《传热学》实验，使学生掌握基本操作技能，增强感性认识，加深对基本概念的理解、学会整理、分析实验数据的方法，为今后专业学习和从事科学研究奠定良好基础。
要求：(1）了解实验装置，熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法；(2）掌握实验基本原理、实验装置结构，学会使用实验仪器与设备；(3）通过测定空气横掠单管时的表面传热系数，掌握将实验数据整理成准则方程式的方法。
(4）掌握对数据进行处理和误差分析的方法。
二、实验课程内容与学时分配三、主要仪器设备四、实验报告与考核方式1．实验报告每个实验均撰写实验报告，实验报告按统一格式，采用统一的报告纸、统一的原始数据记录纸。
报告内容包括：实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容及简要步骤、数据处理、讨论与小结、原始记录单。
学生要认真书写，字迹整洁、清晰。
2．考核方式（1）实验课程的考核方式：考试以笔试或操作等形式进行；（2）实验课考核成绩按百分制评定，实验考核由实验出勤、实验操作和实验报告组成。
某个实验未出勤则不得分。
在实验出勤的前提下，单个实验得分=实验操作得分×50% + 实验报告得分×50%。
自然对流横管管外对流换热系数测试
实验一 自然对流横管管外对流换热系数测试一、 实验目的1. 了解空气沿横管表面自然对流换热系数的实验方法，巩固课堂上学过的知识；2. 测定单管的自然对流换热系数；3. 根据相似性分析，整理出准则方程式。
二、 实验原理对不锈钢水平圆管进行电加热后，热量是以对流和辐射两种方式散失到周围空气，因此横管的输入电功率等于对流换热与辐射换热量之和，即：r = [W]c IV ΦΦ+Φ=()c [W]w f hA t t Φ=−44r 5.67 [W]100100f w T T A ε⎡⎤⎛⎫⎛⎫Φ=−⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦故()4425.67 [W/m ]100100f w w f w f T T IV h t t A t t ε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=−⋅⎢⎥⎪ ⎪−−⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦－℃ 式中：Φc ——对流换热量,W ； Φr ——辐射换热量，W ；I ——加热电流，A ； V ——加热电压，V ；h ——横管表面自然对流换热系数，W/m 2·℃； A ——圆管表面积，A=πdL ，m 2； t w ——横管表面平均温度，℃； t f ——室内空气温度，℃；ε——横管表面黑度。
根据相似理论，对于自然对流换热，努谢尔特数Nu 是格拉晓夫数Gr 、普朗特数Pr 的函数，即：()Pr Nu f Gr =⋅上式一般可表示成幂函数的形式：()Pr nNu c Gr =⋅定性温度为流体与壁面的平均温度()12m w f t t t =+，特征尺寸为管子内径。
c 、n 是通过实验所确定的常数。
Nu 、Gr 、Pr 数的定义可参考讲义，空气的物性参数可据定性温度由物性参数表查出。
改变工况（加热量），可求得一组准则数，把几组数据标在对数坐标纸上即可得到以Nu为纵坐标、以Gr、Pr为横坐标的一系列点，通过这些点用最小二乘法拟合一条直线，根据：()Nu c n Gr=+⋅即Y A nXlg lg lg Pr=+这条直线的斜率即为n，截距为c。
自由对流横管管外放热系数的测定实验指导书
实验指导书自由对流横管管外放热系数的测定一、实验目的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h；3.根据对自由运动放热的相似分析，整理出准则方程式。
二、实验内容1.测定单管的自由运动放热系数h，整理出准则方程式。
三、仪器设备自然对流实验装置。
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。
图1 自然对流实验装置图2 实验横管示意图四、所需耗材无五、实验原理、方法和手段对铜管进行电加热，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：r c Q Q Q +=IU Q =)(f w c t t hA Q -=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=440r 100100f w T -T εA C Q Q — 总换热量，W;r Q — 辐射换热量，W;c Q — 对流换热量，W; I — 加热电流，A ； U — 加热电压，V ；A — 圆管外表面积，m 2，πdL A =，d 与L 分别为圆管的外径和长度；ε — 试管表面黑度；0C — 黑体的辐射系数，5.67w/m 2k 4；w t — 管壁平均温度，取各测点平均温度，℃；f t — 室内空气温度，℃；w T — 管壁平均温度热力学温度，15.273+=w w t T ，K ；f T — 室内空气温度热力学温度，15.273+=f f t T ，K ； h — 自由运动放热系数，w/m 2·℃；当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、室内空气温度f t ，已知圆管的直径d 和长度L ，计算出圆管外表面积A ，计算出单管的自由运动放热系数h 。
h 计算公式：()()])100()100[()()(440f w f w f w f w r f w T T t t C t t A IU t t A Φt t A Φh ----=---=ε根据相似理论，对于自由对流放热，努谢尔特数Nu ，是葛拉晓夫数Gr 、普朗特数Pr 的函数即：Pr),(Gr f Nu = 可表示成 n Gr c NuPr)(⋅=其中n c ,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：λhdNu =23νβd t g Gr ∆=d —特征尺寸，本实验中即为铜管外直径。
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α；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热量之差，即：Q = Q c +Q r Q c =αF （t ω- t f ）α=??----44f 0f )100()100()()(f T T t t c t t F IV ωωωε Q r —辐射换热量；Q c —对流换热量；ε—使馆表⾯⿊度；c 0—⿊体的辐射系数；t ω—管壁平均温度；t f —室内空⽓温度；α—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定的常数。
为了确定上述关系式的具体形式，根据所测数据计算结果求得准则数：Nu=λαd Gr=33t g νβd ? 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，可求得⼀组准则数，把⼏组数据标在对数坐标纸上得到以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：lgNu=lgc+nlg(Gr ·Pr)这条直线的斜率即为n,，截距为c o三、实验装置及测量仪表：实验装置有试验管(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。
试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：稳压管可稳定输⼊电压，使加⼊管的热量保持⼀定；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，经指导⽼师检查后接通电流；2.调整调压器，对试验管加热；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。
实验二 空气横掠单管时平均换热系数的测定
实验二 原始数据记录表
待测物理量
直径 D
试验管尺寸
有效长度 L
热面积 A=πDL
单位 m m m2
第一组 0.1
第二组 0.1
第三组 0.1
电压测量值 U1
mV
电流测量值 U2
mV
工作电压 U= U1×201×10-3
V
工作电流 I = U2×2 工况编号
倾斜微压计读值 H
A
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
I——流过试验管的电流，A 5、管子平均换热系数 α：
α=
Q A（tω −
t f）
( w/m2·℃)
式中 A——二电压测点间试验管的外表面积
6．换热准则方程式
空气强迫对流换热准则关系式通常整理成幂函数的形式：
Nu=CRem
准 则 关 系 式 中 的 系 数 都 是 通 过 实 验 数 据 整 理 求 得 的 。将 上 式 两 边 取 对 数 ，
因为标准电阻标定 150/75mv。所以测得标准电阻上每 1mv 电压降等于
2A 的电流流过，即：
I= U2×2
(A)
式中 U2——标准电阻两端的电压降(mV)
4、试验管二电压测点间的发热量 Q：
式中
Q=I U
(W)
U——试验管工作段间的电压降，V
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则有
lgNu=a+mlgRe
其中 a=lgC。
Hale Waihona Puke 如用：X=lgRe；Y=lgNu，则它们的规律可用一条直线表示：
传热学实验_空气横掠单管时平均换热系数的测定
空气横掠单管时平均换热系数的测定热交换器中广泛使用各种管子作为传热元件，其外侧通常为流体横向掠过管子的强制对流换热方式，因此测定流体横向掠过管子时的平均换热系数是传热中的基本试验。
本实验是测定空气横向掠过单圆管时的平均换热系数。
一、实验目的及要求1．了解实验装置、熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法；2．通过对实验数据的综合、整理，掌握强制对流换热实验数据整理的方法；3．了解空气横掠管子时的换热规律。
二、基本原理根据对流换热的分析，稳定受迫对流的换热规律可用下列准则关系式来表示： Pr)(Re,f Nu = （1）对于空气，温度变化范围又不大，上式中的普朗特数Pr 变化很小，可作为常数看待。
故上式简化为：(Re)f Nu = （2） 努谢尔特数：λαD Nu = 雷诺数： νuD =Re其中：α――空气横掠单管时的平均换热系数，)/(2C m W ︒；u ――来流空气的速度，s m /；D ――定型尺寸，取管子外径，m ；λ――空气的导热系数，)/(C m W ︒；ν――空气的运动粘度，s m /2要通过实验确定空气横向掠过单管时Nu 与Re 的关系，就要求实验中雷诺数Re 有较大范围的变化，才能保证求得的准则方程式的准确性。
改变雷诺数可以通过改变空气流速u 及管子直径D 来达到。
改变流速u 受风机压头及风量的限制。
本实验采用在不同的空气速度条件下进行实验，就可以达到Re 较大范围的变化。
测量的基本量为：管口的空气流速、空气温度、管子表面的温度及管子表面散出的热量。
然后将全部实验结果整理在一起，以求得换热准则关系的具体表达式。
三、实验装置及测量系统实验装置本体是由风源和实验段构成。
风源为一箱式风洞，似一个工作台。
风机、稳压箱、收缩口都设置在箱体内。
风箱中央为空气出风口，形成一有均匀流速的空气射流。
实验段的风道直接放置在出风口上。
风机吸入口有一调节风门，可以改变实验段风道中的空气流速。
空气横掠单管外换热系数的测定
实验二、空气横掠单圆管外换热系数的测定一、试验目的1、了解对流换热的实验研究方法；2、测定空气横向流过单管表面时的平均换热系数α,并将试验数据整理成准则方成式;3、学习测量风速、温度、热量的基本技能. 二、试验原理根据牛顿公式,壁面平均对流换热系数为 α=()c f Q t t Fω- W/m 2·℃ （1）式中： t ω：实验管壁平均温度，℃； t f ：实验前后流体平均温度，℃；F ：管壁换热面积，m 2； Q c ：对流换热量，W根据相似理论，流体受迫外掠物体时的换热系数α与流速、物体几何形状及尺寸。
流体物性间的关系可用下列准则方程式描述：Nu=f （Re ，Pr ）实验研究表明，流体横向流过单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式：Nu=C nme r R P （2）式中：c 、n 、m 均为常数，由实验确定； Nu ：努谢尔特准则，Nu=dαλ； Re ：雷诺准则，Re=dων； Pr ：普朗特准则，Pr=aν。
上述各准则中： d —实验管外径，m ；ω—流体流过实验管最窄处流速，m ‘s ；λ—流体导热系数，W/m ·℃；a —流体导温系数，m 2/s ；ν—流体运动粘度，m 2/s 。
本实验中，建议各物性参数采用边界层平均温度t m =12（t m +t f ） 作为定性温度，但应注意，有些文献采用t f 作为定性温度来整理实验数据。
鉴于本实验中流体为空气，p r 数可作为常数处理，故（2）式写成Nu=C ne R （3）所以，本实验的任务在于确定C 和n 的数值，为此需测定Rc 和Nu 准则中的各量，即a 、ω、d 、λ、ν等。
为了确定α值，必须测量Q 、t ω、t f 及管长1等。
三、实验装置本对流实验在实验风洞中进行。
实验风洞主要由风洞本体，风机、实验管及其电加热器、水银温度计、倾斜式微压计、毕托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器等组成，如图一所示。
空气横掠单圆管表面换热系数实验数据表
实验数据记录表
圆管直径 ，圆管长度 ，实验段截面积 ，测速段截面积
圆管表面发射率 ，毕托管修正系数
圆管测点1温度记录表（判断实验稳定后，记录其他实验数据）
毕托管压差：100Pa
时间
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
39
42
45
48
51
54
57
入口温度
5
22.1
42.7
42.6
43.0
42.5
21.8
430.8
50.1
0.44
实验数据处理表
加热
功率
空气平均温度
壁面平均温度
辐射热量
对流热量
定性
温度
导热系数
运动粘度
对流换热系数
测速段
风速
实验段
风速努塞尔数雷诺数 Nhomakorabea单位
[W]
[℃]
[℃]
[W]
[W]
[℃]
[m/s]
[m/s]
1
2
3
4
5
要求：
导热系数和运动粘度根据定性温度查表得到；
47.8
47.9
48.0
温差
进口空气
温度
圆管测点1
温度
圆管测点2温度
圆管测点3温度
圆管测点4温度
出口空气
温度
毕托管压差
加热电压
加热电流
巡检仪C01
巡检仪C02
巡检仪C03
巡检仪C04
巡检仪C05
巡检仪C06
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实验指导书(空气沿横置圆管表面自然对流平均换热系数的测定)
空气沿横置圆管表面自然对流
平均换热系数的测定实验
一、实验目的及要求
1．目的
（1）学习在自然对流实验台上研究空气沿横置圆管表面自然对流换热的方法。
（2）测定空气沿横置圆管表面自然对流时的平均换热系数α。
（3）将实验数据整理成准则方程，从而掌握空气沿横置圆管表面自然对流换热的规律。
2．要求
（1）充分理解实验原理。
（2）必须懂得在实验中应记录哪些量。
（3）能独立地将测量数据整理成准则方程，正确区分实验法确定换热系数的两种方法的优、缺点以及适用范围，从而巩固课堂上学过的知识。
二、实验原理
影响自然对流的换热系数α的五大因素有：
1．由流体冷、热各部分的密度差产生的浮升力；
2．流体流动的状态；
3．流体的热物性； 4．换热壁面的热状态； 5．换热壁面的几何因素；
依据相似理论，它们之间的关系包含在准则方程
,,f f f f w Pr Nu f Gr Pr Pr ⎡⎤
⎛⎫=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣
⎦ 之中。
由于本实验中介质为空气，其物性随温度的变化较小，空气的Pr 值随温度的变化不大，Pr ≈0.72，故相应的准则方程可简化为：
Nu f = f (Gr f )
对流换热问题的准则函数形式，通常采取指数函数的形式表示：
Nu f = c Gr f n
式中：Nu f ——努谢尔特准则
Nu f =αD λ
Gr f ——葛拉晓夫准则 Gr f =β·g·Δt·D 3
ν2
系数c ，上标n —— 均为需通过实验来确定的常数。
上述各准则中，有关的物理量及其单位分别为： α —— 对流换热系数 W /（m 2·Κ） D —— 实验单管外径 m
λ——空气的导热系数W/（m·Κ）
β——介质的膨胀系数K-1
g ——重力加速度m / s2
Δt——介质和管壁表面之间的温差K
ν——运动粘性系数m2/ s
下标f——表示各准则以流体介质在物体边界层以外处的温度t f为定性温度。
要通过试验确定空气横向掠过单管时Nu f与Gr f的关系，就要求葛拉晓夫数Gr f有较大范围的变动才能保证求得的准则方程式的准确性。
改变葛拉晓夫数Gr f可以通过改变温度（Δt）及管子直径（D）来达到。
测量的基本量为空气温度t f，管子表面温度t w及管子表面散出的热量Q。
三、实验设备
整套实验装置由实验台、控制箱、电脑三大部分组成。
实验台上悬挂有试件（四种直径单根圆管），试件内装有电加热管，两端装有绝热盖（计算中略去轴向热损失）。
试件上有热电偶嵌入管壁，所有单圆管中央的热电偶均与控温仪连接，防止温度过高烧毁试件；沿管子圆周均匀分布热电偶均与巡检仪连接可直接显示管壁各个测点的温度。
A、B、C、D管管壁的测温热电偶数分别为4、4、6、8个。
试件结构如图一所示
图一、试件结构示意图
1.加热导线
2.接线柱
3.绝热盖
4.绝缘法兰
5.绝热泡沫垫
6.绝热体
7.实验管 8.管腔 9.加热管 10.热电偶
控制箱内有稳压器可稳定输出电压，使其加到单管上的热量保持一定，并设置电压调节装置以改变加热量从而改变实验管壁面温度。
电压、电流表分别显示电加热器的电压和电流；巡检仪可显示单圆管壁面温度、实际电流、电压、室内温度。
见图二：
图三、控制箱
1——D4=80mm测温琴键开关 2——D3=60mm测温琴键开关 3——D2=40mm测温琴键开关 4——D1=20mm测温琴键开关
5、25—D4=80mm加热接线柱
6、24—D3=60mm加热接线柱
7、23—D2=40mm加热接线柱 8、22—D1=20mm加热接线柱
9—16点万能信号输入巡检仪 10————输出显示电压表 11————高温保护温控仪 14——热电偶接线柱组 (32对) 12—D1=20mm输出显示加热电流表 13—D2=40mm输出显示加热电流表 15—D3=60mm输出显示加热电流表 16—D4=80mm输出显示加热电流表17————D1=20mm对应实验管的加热开关、调节旋钮、指示灯、保险管18————D2=40mm对应实验管的加热开关、调节旋钮、指示灯、保险管19————D3=60mm对应实验管的加热开关、调节旋钮、指示灯、保险管20————D4=80mm对应实验管的加热开关、调节旋钮、指示灯、保险管21————计算机采集RS232接口。
电脑可显示并自动记录单圆管壁面温度、实际电流、电压、室内温度，通过数据分析，很容易判断系统是否达到稳定工况；它还可自动运算和描绘出图线。
四、实验步骤
1．熟悉实验装置，连接电源线路和测量仪表线路，经指导教师检查确认无误后选择实验圆管，按下相应琴键开关，打开加热开关，调整调压旋钮开始加热，并保持电压不变。
2．当圆管各测温点温度在10~15分钟不变时，认为管壁温度已稳定，此时为第一个稳定工况，可记录各测点温度，并同时记录电流I和电压U的数值以及离实验管1米外室温t f。
此过程计算机自动完成。
3．调整调压旋钮将电压调高至某一数值后保持不变，待各个测点温度稳定后，记录第二个稳定工况的上述各实验数据。
4．完成4个工况后，一组实验完成。
5、选择其他管径圆管，重复上述过程，四组实验完成后，实验结束。
五、实验记录
附表一：试验原始数据记录
附表二: 实验管壁温度记录
六、实验数据的整理
附表三：各工况数据处理
式中：Q c——对流换热量
t w ——单管壁面的平均温度
t f ——实验单管前后空气的平均温度
F ——实验单管的对流换热面积
1．对流换热系数α（经验法）
对铜管进行电加热，高温铜管对空气的热传递过程，是既有辐射又有对流换热的复杂换热过程。
由高温铜管传递给空气的对流换热系流量和辐射换热的热流量公式分别为：
Q c= α F (t w－t f ) [W]
Q r=εC0 F[(T w
100)4
— (
T f
100)
4] [ W ]
二者传递的总热流量为：
Q=Q c+Q r=IU[ W ]
Q c = Q－Q r =IU－ε C0 F [(T w
100)
4－(
T f
100)
4][ W ]
因此：
α = Q c
(t w-t f) F ={IU－ε C0 F [(T w
100)4－(
T f
100)
4]}/(t w－t f ) F
2．确定准则方程式（半经验法）
待定方程Nu f= c Gr f n
取对数得lgNu f = lgc + nlgGr f
以室温t f为定性温度算出各实验点的Nu f及Gr f数值，lgNu f作为纵坐标, lgGr f作为横坐标，描绘在对数坐标图上，并计算出相应的c和n值，带入指数方程, 写出准则方程式。
式中: lgNu f与lgGr f ---------分别为纵坐标与横坐标
lgc-------直线方程的纵截距
n = tgφ----直线的斜率
预习思考题
1．每根实验管段上都有几个测温热电偶？它们沿管子圆周均匀分布有什么意义？
2．如室内有风，对实验有何影响？
3．水平放置和竖直的圆管，它们的定型尺寸有何不同？
复习思考题：
1．以本实验为例，试述相似理论在自然对流换热实验研究中的应用。
2．你对本实验装置有什么改进的意见？
实验内容包括学习在自然对流实验台上研究空气沿横置圆管表面自然对流换热的方法,测定空气沿横置圆管表面自然对流的平均换热系数α,将实验数据整理成准则方程。
要求充分理解实验原理。
必须懂得在实验中应记录哪些量。
能独立地将测量数据整理成准则方程，从而巩固课堂上学过的知识。
本实验所涉及的课程知识面广,牵涉到对流换热原理,各种对流换热过程的特征及其计算公式,辐射换热等三个章节的内容.
请大家认真预习实验指导书和课本有关章节，仔细领会指导书表
达的中心意思，这样做实验才心中有数，不会浪费时间。
实验报告里预习思考题和复习思考题都要做。
搞清楚实验法求换热系数的两种方法的区别，特点，以及这个实验的最终目的。
准则方程是什么意思，它和经验法，半经验法有什么关系。
实验报告做到那一步才算是理解了这个实验。
公式是给同学们运算用的，不要像前几届的部分同学，把公式罗列给老师，表格摆放在那里，让老师运算。
实验报告上实验课程名称按课本名称写，实验项目名称按实验指导书上的名称写。