实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验 完成稿
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过实验测定管内强制对流传热膜系数，并掌握传热膜系数的测定方法和技术。
二、实验原理管内强制对流传热是指在管内流体中，由于流体的运动而产生的传热现象。
传热过程中，液体或气体与固体表面接触时，会因为温度差而发生传热。
在强制对流条件下，由于流体的动力作用，会增加固体表面附近的液体或气体的速度，从而增加了固体表面附近的换热系数。
本实验采用垂直放置的管道，在管道内通过水来进行强制对流传热。
通过测量水进出口温度差、水流量以及管道内壁温度差等参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
三、实验器材1. 垂直放置的导热试件2. 水泵和水箱3. 流量计和温度计等测试仪器四、实验步骤1. 将导热试件放入垂直放置的试件支架中，并连接好进出水管道。
2. 打开水泵，调整水流量，使其稳定在一定范围内。
3. 测量进口和出口水温，并计算出温度差。
4. 测量导热试件内壁的温度差。
5. 根据测量得到的参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
五、实验结果分析通过实验测量和计算，得到了不同条件下的管内强制对流传热膜系数。
根据实验结果可以发现，在相同的流速下，传热系数随着壁温度差的增大而增大。
这是因为在强制对流条件下，液体或气体与固体表面接触时，会因为温度差而发生传热。
当壁温度差增大时，液体或气体与固体表面接触的面积增大，从而增加了换热系数。
六、实验误差分析本实验中可能存在的误差主要来自于以下几个方面：1. 测量仪器误差：如温度计、流量计等仪器精度限制；2. 实验环境误差：如室内温度变化、水泵压力变化等；3. 实验操作误差：如读数不准确、流量控制不稳定等。
七、实验结论本实验通过测量水进出口温度差、水流量以及管道内壁温度差等参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
实验结果表明，在相同的流速下，传热系数随着壁温度差的增大而增大。
本实验为管内强制对流传热膜系数的测定提供了一种简单有效的方法和技术。
强制对流平均换热系数的测定
组别
物理量
单位
表 10-2 计算结果
一
二
1
41.96
55.74
壁温
2 ℃
3
48.46 66.04
70.84 93.04
4
74.95
117.23
过余 温度
1
2 ℃
3
24.96 31.5 49.04
38.54 53.64 75.8
气流密度
Kg/m3
4
57.95
1.21ห้องสมุดไป่ตู้78
100.1 1.21778
1
四
55.43 64.3 78.8 87.82 38.23 46.63 61.62 70.62 1.21778 15.34 10.31 6.764 5.733 36.32 40.75 48.00 52.51 268.4 271.5 276.6 279.8 16.63×10-6 17.04×10-6 17.74×10-6 18.18×10-6 9.471 262.16 212.79 162.70
强制对流平均换热系数的测定
实验目的 1．测定强制对流时空气横掠园管的平均换热系数 α。 2．应用相似理论将实验结果整理成准则关系式，并在双对数坐标上绘出 Nu - Re 曲线。 3．了解实验的基本思想，加深应用模型试验方法解决工程实际中具体问题的认识。
实验原理 “热对流”是指流体中温度不同的各部分相互混合的宏观运动所引起的热量传递现象。根据引起流体宏
I = V2 (A) V = T × V1 × 10-3 式中 V —— 工作段电压降。T 为分压箱电压倍率，T = 201 。V1 为工作段电压经分压箱后测得的 mV 值。 ⑶ 放热管壁温 tw 由于放热管是由很薄的不锈钢片制成（厚约 0.2 mm），所以可认为钢片内外表面温度相等，壁温热电 势可用下式计算：
空气横掠单圆管强迫对流实验报告
三、数据拟合
1. 拟合曲线
将得到的雷诺数 Re 和努特数 Nu 先进行对数处理，再进行线性拟合得到下图。
lgNu
Nu和Re对数拟合曲线
1.8
1.7
y = 0.5832x - 0.5816
1.6
R² = 0.9832
1.5
1.4
1.3
1.2
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4
lgRe
由图线可得截距 lgC=-0.5816，即 C=0.2621，且 n=0.5832，且相关系数 R² = 0.9832 线性 拟合很好。
U/V
������������������������ /������������
������������������������/������������
������������������������/������������
������������������������/������������
然后计算∆P = (V − ������������������������) × 1Pa/mV，之后利用实验原理中的公式（12）计算出实验管的 加热功率 Q/W，公式（6）计算平均表面传热系数h/W/(������������2 ∙ K)，公式（11）计算实验段的
风速 u/m/s，公式（2）和（3）计算出对应的雷诺数 Re 和努特数 Nu。
������������������������/������������
������������������������/������������
A 10
0.45 94.629 63.435 3.227 3.244 3.222 3.23 0.675
空气横掠管束时的强迫对流传热实验
空气横掠管束时的强迫对流传热实验13级能动卓越唐萍南201323060314同组人员：方迅舟潘捷陈明松摘要：对管束的排列方式、空气来流速度的大小对换热系数的影响进行了实验验证。
并根据最小二乘法等数据处理方法整理了使用本系统测试的实验数据,对实验数据进行了分析与讨论。
以图表的形式清晰的表述了影响因素的不同带来的变化规律。
实验系统结构合理紧凑、实验精度较高。
通过此次实验，很好的帮助了学生了解换热系数在空气横掠管束时的主要影响因素，对以后的学习以及工作中从事换热方面的研究打下坚实的基础。
关键词：叉排，顺排，换热系数，来流速度目录一.实验原理 (1)1.1管束排列方式对换热系数的影响： (1)1.2来流速度对换热系数的影响： (2)二．实验装置及测量系统 (2)三．实验步骤 (3)四．实验数据计算方法 (4)五．试验结果分析 (6)5.1试验结果处理步骤（以50pa动压顺排方式为例） (6)5.1来流速度对换热系数的影响试验结果分析 (7)5.2管束排列方式对换热系数的影响验结果分析 (9)六.实验优缺点分析 (11)对流换热是传热学中最基本、最重要的研究领域之一，流体横掠管束管束时的对流换热其换热系数除受到管径影响外，还受到管距、管排数和排列方式的影响。
由于相邻圆管的影响，流体在管间的流动截面交叉减少，流体在管间交替加减速，管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加减速的程度，管束排列方式对换热系数h的影响比较明显。
本文将从管束的排列方式、空气来流速度的大小对换热系数的影响方面展开细致的讨论。
一.实验原理1.1管束排列方式对换热系数的影响：流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管距，管排数和排列方式也影响对流传热系数。
由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交叉的减少，流体在管间交替地加速和减速。
管距地大小影响流体流动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。
从第二排起，后排管子受第一排尾部涡流的的影响。
空气横掠单管强迫对流的换热实验报告
空气横掠单管强迫对流的换热实验报告实验目的：1、了解强迫对流换热在工业上应用2、熟悉实验装置和控制方法3、测定空气横掠单管时的温度分布4、观察水中鱼儿欢快游动，体会气泡产生过程及数量。
5、通过对比计算得出影响水中空化现象发展的因素实验原理：根据伯努利方程推导，物质加热使其从液态变为汽态时所需要的吸收或放出的热量Q= cm△H（ t- t0）,即可由焓变公式 E= cRT 求出该物质汽化的焓变，由该式再代入上式即可得到强迫对流换热系数，从而有效地提高换热效率。
实验内容：一．探究温差条件下强迫对流换热过程1.实验前准备；单管换热器(实验过程中将空气抽成真空)、氧气、氢气(制氧气、压缩机制氢气)、饱和食盐水、湿润的玻璃片、温度计等2.预习要点:以单组同种液体传递相同热量 q 与单位时间内液体在单位截面积的管壁上所获得的对流传热系数之比作为本实验的探究问题，选取合适的对照物(如氢气、干燥空气)；明确传热量 q 与对流传热系数的关系，建立数学模型并设计简单的对照实验进行检验，考虑自变量与无关变量的引入。
二．探究空气横掠单管强迫对流换热过程1.实验步骤：按教材方案①安装单管换热器、通入适量纯净空气、设置水槽及采样管口，固定好管子，打开仪器电源，调节控制电路各个参数至最佳状态，然后记录实验数据;按教材方案②添加混合气体，连接好氧气采样管，调节氧气压力至0.05MPa，记录实验数据，改善反应环境。
经典试验：经典试验，传热速率达1052.6KJ/ s，约为真空对流传热速率3倍。
三．操作注意事项：(1)采样管插入水中长度不能太短，否则易造成被冷却液冲刷而腐蚀损坏，且易受溶解于水的杂质堵塞;必须小心清洗干净;为防止因过大负荷导致熔丝烧断而使供电线路超负荷而烧毁，在强制对流换热实验中切忌用水作冷却介质，故建议采用两种方法：一是保持供电正常，利用另外一台功率较大的发电机来提供空气泵运转的动力;二是直接向密闭的聚四氟乙烯填料函喷射饱和水。
黑色冶金技术《气流横掠单管表面对流换热实验》
气流横掠单管外表对流换热实验一、实验目的1． 了解对流放热的实验研究方法；2． 学习测量风速、温度及热量的根本技能；3．测定空气横掠单管外表的平均放热系数，并将实验数据整理成准那么方程。
一、 实验原理根据牛顿公式，壁面平均放热系数α，可由下式计算：α=)t -t (F Q f w c )C *m /W (2 〔1〕式中c Q ：单位时间对流放热量，W ；F ：实验管有效放热面积，2m ；w t ：实验管壁面平均温度，C ；f t ：实验管前后流体平均温度，C 。
根据相似理论，流体受迫外掠物体的放热系数α与流速W 、物体几何尺寸及流体的物性等因素有关，可整理成下述准那么方程式：uf N =C m rf n ef P R 〔2〕由于实验中，流体为空气，r P =常数，故式〔2〕可简化为：uf N =C n ef R 式中：u N ：努谢尔准那么，u N =fd e R ：雷诺准那么，e R =d ：实验管外径，m ；w ：流体流过实验段最窄截面处的流速；s /m ； λ：物体导热系数,)C *m /(W ；ν：流体运动粘度,s /m 2。
准那么中的脚标“f 〞表示用流体的平均温度f t 作为定性温度。
本实验的任务是测定N和e R，准那么中所包含的u各量,如t、w、d、ν、λ，用式〔1〕计算出α组成准那么,然后通过数据处理,求得c与n值,从而建立准那么方程式〔3〕。
三、实验设备本对流放热实验在风洞中进行。
实验风洞主要由有机玻璃风洞本体、构架、风机、实验管、电加热器及热工仪表〔水银温度计、倾斜式微压计、皮托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器〕组成〔图1〕。
风洞本体包括：双扭曲线进风口、蜂窝器、金属网、第一测试段、第二测试段、收缩段、测速段、扩大段等。
图1实验风洞简图1．双扭曲线进风口；2．蜂窝器；3．测试段；4．收缩段‘5．测速段；6．扩大段；7．橡皮接管；8．风机在实验段中装有实验管，铜管管壁嵌有4对热电偶以测壁温，管内装有电加热器以作为热源。
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。
气体横掠单管表面对流换热实验
创新实验课流体力学多尺度流动创新实验实验报告姓名：学院：学号：实验名称：气体横掠单管表面对流换热系数实验气体横掠单管表面对流换热一、思考题1、答：（1）流动状态的影响层流底层薄，动力消耗大。
（2）强制对流和自然对流的影响强制对流：外部机械作功,一般u较大，故较大。
自然对流：依靠流体自身密度差造成的循环过程,一般u较小，也较小。
（3）流体物性的影响的影响：的影响：的影响：单位体积流体的热容量大，则较大的影响:定性温度：各种表面传热系数所用数据的特征温度。
（5）传热面条件的影响不同的壁面形状、尺寸影响流型；会造成边界层分离，产生旋涡，增加湍动，使增大。
定型尺寸：对表面传热系数有决定性影响的特征尺寸。
（6）相变化的影响一般情况下，有相变化时表面传热系数较大，机理各不相同，复杂。
2、答：壁面温度温度稳定测得的数据减小了导热对对流换热的影响，进而减小实验误差，有利于准确的测出对流换热系数，得到回归准则方程。
二、数据整理根据每次实验工况所测数据计算整理得出相应的Nu、Re的值，连同其它组的实验数据，在双对数坐标纸上，以Nu为纵坐标，Re 为横坐标。
将各个工况点标示出。
它们的规律可以近似的用一条直线表示：则Nu、Re之间的关系可近似表示成幂函数形式：．根据实验数据用最小二乘法或作图方法得出上述关联式中的C和n的值。
三、实验收获在本次实验中，我加深了流体力学和传热传质相关知识的理解，掌握了相关知识的应用，很建议在学习传热学的时候可以上这门实验课，对于知识的掌握和应用有很好的帮助。
空气横掠单圆管时强迫对流换热实验
空气横掠单圆管时强迫对流换热实验
什么是空气横掠单圆管时强迫对流换热实验？
空气横掠单圆管时强迫对流换热实验是指空气在单圆管内垂直运动的强迫对流换热实验。
在这个实验中，热源可以是电加热、加热风或壁面加热等。
因为横掠强迫流会出现对称性，会得到空气横掠单圆管换热特性以及轴向流中壁面温度分布等相关数据，因此这是瞄准研究基于此类型流动的重要科学目标实验。
(1)测定热源及流量：在空气横掠单圆管时强迫对流换热实验前，需要先测定热源的温度和输入气体的流量，以及输出气体的流量。
(2)加热：应準确，平稳地加热，以保证不影响管壁温度梯度引起的湍流程度。
(3)样品采样：静置实验完成后，应在垂直于管壁的多个位置取样测温，取得空气在单圆管内的轴向温度分布情况。
(1)检查仪器状态：在实验前应严格检查操作的仪器状态，以免实验造成危险。
(2)测量温度：实验中注意观察和检测流循环温度，以免发生过热。
(3)确保实验样本完整：严守安全措施，确保管内液体完整，以防止外界物质对实验数据带来偏差。
(1)壁面温度分布：实验完成后，可以得到管腔内空气在单向流动时壁面温度分布规律。
(2)强迫对流换热率：可以确定不同热源给定条件下，空气强迫对流换热率参数。
(1)实验结果可为空调设备和气体热力学、流动与传热研究等提供实验数据和理论依据。
(2)尤其在气动管实验中，可以进行试验，观察分析流动、传热的结构特性。
(3)对冷暖冷却换热器的设计也有重要的参考价值。
强迫对流单管管外放热系数测定实验报告
机械强迫对流单管管外放热系数测定装置实验报告一、实验目的1、了解对流放热的实验研究方法；2、测定空气横向流过单管表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准则方程式；3、学习测量风速、温度、热量的基本技能。
二、实验原理根据相似理论，流体受迫外掠物体时的放热系数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，流体掠过横向单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式。
式中：c、n、m均为常数，由实验确定，N u m——努谢尔特准则R e m——雷诺准则P t m——普朗特准则上述各准则中，d——实验管外径，作定性尺寸[米]ω——流体流过实验管外最窄面处流速[m/s]λ——流体导热系数[W/m ˙℃] α——流体导温系数[m 2/s] ν——流体运动粘度[m 2/s] 准则角码“m”表示用流体边界层平均温度 1()2w f m t t t =+作定性温度。
鉴于实验中流体为空气，Prm= 0.7，故准则式可化成：num em N CR =本实验的任务在于确定c 与n 的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度 w t 、空气温度f t ，微压计压差h 。
至于α、ω在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。
得到一组数据后，可得一组R 、N u 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组R 、N u 值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
三、 实验设备本对流实验在一实验风洞中进行。
实验风洞主要由风洞本体、风机、移动式不锈钢支架、实验管及其加热器、电测温度计、倾斜式微压计、孔板、功率表以及调压器组成。
由于实验段前有整流段，可使进入实验段前的气流稳定。
风量由电子调速调节。
实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四支热电偶以测壁温。
四、 实验步骤1、将孔板与微压计连接好、校正零点；连接热电偶与电控箱，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。
清华传热学 空气横掠单圆管时强迫对流换热实验指示书
空气横掠单圆管时强迫对流换热实验一、实验目的与任务1.了解对流放热实验装置，熟悉管壁温度及电加热功率的测量技术，掌握利用毕托管-微压差变送器测量空气流速的方法。
2.通过实验测定空气横掠单管时的对流换热平均表面传热系数h。
3.通过实验数据的整理，掌握强迫对流换热实验数据整理的方法。
4.在Nu-Re对数坐标图上给出空气强迫对流横掠单圆管时换热的实验点，结合与已有关系式的比较，给出对本实验结果的讨论。
二、实验原理根据相似理论，空气横掠单圆管强迫对流的换热规律可用下列准则关系式来表示：Nu=CRe n（1）式中，努谢尔特准则数Nu为：Nu=hD/λ（2）雷诺准则数Re为：Re=uD/v （3）这里，λ为空气的导热系数，v为空气的运动粘度,是平均温度t m=(t f+t w)/2的函数，其中t w 为管外壁温，t f为空气温度；D为实验管的外径，u为空气的流速。
关键的是对流换热平均表面传热系数h的确定。
由对流换热平均表面传热系数h的定义：h=Q a/F(t w-t f)（4）式中，Q a为管外表面与周围空气之间的对流换热量，管的外表面积F=πDL，L为横管的有效长度。
考虑到管外表面在与周围空气对流换热同时，与周围环境间存在辐射换热。
即管的实际传出热量为: Q=Q a+Q r=hF(t w－t f)+εC0F(T w4－T f4)×10－8（5）其中，ε为实验管外表面的黑度，黑体辐射系数C0=5.67Wm－2K－4。
这里，假定环境温度即空气温度。
因此，横管外表面对流换热平均表面传热系数就可以由下式确定：h=[Q/F－εC0(T w4－T f4)×10－8]/ (t w－t f) （6）因此，对给定实验管，通过测量管的实际传出热量Q、管外壁温t w、来流空气的温度t f，就可通过实验确定管外表面与周围空气之间对流换热平均表面传热系数h。
由式（2）和（3），通过改变气流速度或实验管直径，就可得到一系列Nu-Re对应数据。
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 。
空气横掠单管强迫对流的换热实验
空气横掠单管强迫对流的换热实验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实验。
本实验是测定空气横向掠过单 圆管时代平均换热系数。
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、 实验测定空气横掠单管时的平均换热系数；了解空气横掠管子时 的换热规律。
、 二、 实验原理1. 根据牛顿冷却公式:h —对流换热系数，［W/m2C ］；F —与流体接触的物体表面面积，［m2］; tf —流体平均温度，［C ］;t w —物体表面温度，［C ］。
Q = hF (t w -t f )(W) (6-2-1)式中 Q F(t w 7 )2(W/m-C) (6-2-2)Q—对流换热的热流，［W ］；本实验采用电加热的放热圆管，空气外掠圆管表面，当换热稳定 时，测出加热电功率，即可得出对流换热热流 Q ，即：Q= IU (W) (6-2-3)2. 根据对流换热的分析，强制对流稳定时的换热规律可用下列准则 关系式来表示：对于空气，因温度变化范围不大，上式中的普朗特数 Pr 变化很小,可作为常数看待，故式(6-2-4)化简为：Nu= f (Re )(6-2-4a)Re=VD雷诺数h—空气横掠单管时的平均换热系数，［W/m2-C ］；v —空气来流速度，［m/s ］;D —定型尺寸，取管子外径，［m ］;'—空气的导热系数，［W/m C ］;空气的运动粘度，［m2/s ］。
要通过实验确定空气横掠单圆管时的 Nu 与Re 的关系，就需要测定不同流速v 及不同管子直径D 时换热系数h 的变化。
因此，本实 验中要测量的基本量为管子所处的空气流速 v 、空气温度tf 、管子表 面温度t w 及管子表面散出的热量Q 。
空气横掠单管强迫对流的换热实验-2013(1)
实验段风道 13 由有机玻璃制成。试验件 14 为不锈钢薄壁管，横 置于风道中间。为了保证管子加热测量及管壁温度测量的准确性， 管子用低压直流电直接通电加热，管子两端经接座与电源导板 15 连 接，并易于更换不同直径的试验管。为了准确测定试验管上的加热 功率，在离管端一定距离处有两个电压测点 a、b，以排除管子两端 的影响。铜-康铜电偶 16 设在管内，在绝热条件下准确测出管内壁 温度，从而确定管外壁温度。 试验管加热用的低压大功率直流电源 5 供给，输出电流（压）可改 变对管子的加热功率，电路中串联一标准电阻 18。用直流电压表 9 测量电阻 18 上的电压降，然后确定流过单管试件的电流量。试件两 测压点 a、b 间的电压亦用直流电压表测量。 为了简化测量系统，测量管内壁温度 tw 的热电偶，其参考点温度不 是摄氏零度，而是来流空气温度 tf。即热电偶的热端 16 设在管内， 冷端 17 则放在风道空气中。所以热电偶反映的为管内壁温度与空气 温度之差（tw-tf）。 风道上装有比托管 12，通过差压变送器由压力表直接读数，测出试 验段气流的动压△P，以确定试验段中气流的速度 v。 四、实验步骤
可作为常数看待，故式(6-2-4)化简为：ຫໍສະໝຸດ 式中努谢尔特数雷诺数
Nu
Re
Nu f (Re)
hD
vD
h —空气横掠单管时的平均换热系数，[W/m2℃]；
v —空气来流速度，[m/s]；
D —定型尺寸，取管子外径，[m]； —空气的导热系数，[W/m℃]； —空气的运动粘度，[m2/s]。
(W/m2℃)
(6-2-1) (6-2-2)
本实验采用电加热的放热圆管，空气外掠圆管表面，当换热稳 定时，测出加热电功率，即可得出对流换热热流 Q ，即：
空气横掠管束时的强迫对流传热
空气横掠管束时的强迫对流传热一、实验目的：1、熟悉实验原理及装置，掌握测定流速、热流量、温度的方法。
2、通过对实验数据的综合整理，进一步了解相似理论的应用。
二、实验原理：流体横掠管束时的对流传热与横掠单管时不同，除管径影响传热系数外，管距、管排数和排列方式也影响对流传热系数。
由于相邻管子的影响，流体在管间的流动截面交叉地减少，流体在管间交替地加速和减速。
管距的大小影响流体流动截面的变化程度和流体加速与减速的程度。
从第二排起，后排管子都处于前排管子的尾流中。
在尾流涡旋的作用下，后排管子的对流传热系数h比前排高，也就是说，第二排管子受第一排尾部涡流的影响，h>h;第三排21管子受第二排尾部涡流影响，而且由于这种涡流经第一排和第二排管束的共同作用，扰动更强烈，所以h>h。
同样h>h…，但经过几排管子以后扰动基本稳定，h几乎不再变化。
243z图1流体横掠管束时的流动情况管束排列方式对h的影响比较明显。
由图1可见顺排时后排管子直接位于前排管子的尾流中，部分管面没有受到来流的直接冲刷，而叉排时后排管子受到前排管子间来流的直接冲刷，因而管子前半部分的传热情况要比顺排好，整个叉排管束的平均对流传热系数比顺排高。
工程上大多数管束处于R不大的情况下，符合上述情况。
在R较高时，由于顺排管束的尾ee部涡流增强，使后排管子受到尾流影响的面积增加，而且由于涡流增强，扰动更强烈，以致顺排管束的对流传热系数可超过叉排管束。
三、实验装置及测量系统：181、电源开关2、仪表开关3、交流供电开关4、交流调压旋钮5、直流大功率电源6、差压表7、交流功率表8、电流表9、电压表10、十六路温度巡检仪11、四路温度巡检仪12、毕托管13、风道14、热电偶（测来流温）15、热电偶（测管壁温）16、管束试件（顺、叉排）17、交流0〜220V（连续可调）供电电极18、变频器图3本实验台采用的排列方式和尺寸四、实验步骤：1、连接并检杳所有线路和设备，在仪表正常工作后，关闭直流供电电源！将交流供电源开关打开，调节旋纽先转至零位。
强迫对流单管管外放热系数测定实验报告
机械强迫对流单管管外放热系数测定装置实验报告一、实验目的1、了解对流放热的实验研究方法；2、测定空气横向流过单管表面时的平均放热系数程式；3、学习测量风速、温度、热量的基本技能。
二、实验原理根据相似理论，流体受迫外掠物体时的放热系数a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，流体掠过横向单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式。
式中：c、n、m均为常数，由实验确定，N u m――努谢尔特准则R e m ------- 雷诺准则P t m ――普朗特准则上述各准则中，d 实验管外径，作定性尺寸［米］流体流过实验管外最窄面处流速［m/s］a,并将实验数据整理成准则方Mi禅-入一―体导热系数[W/m]a体导温系数[m2/s]V 体运动粘度[m2/s]准则角码“m表示用流体边界层平均温度t^1（t w t f）作定性温度。
2鉴于实验中流体为空气，Prm= 0.7,故准则式可化成：N um =CR em本实验的任务在于确定c与n的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I、电压V、管壁温度t w、空气温度t f，微压计压差h。
至于a①在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。
得到一组数据后，可得一组R、N u值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组R、N u值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
三、实验设备本对流实验在一实验风洞中进行。
实验风洞主要由风洞本体、风机、移动式不锈钢支架、实验管及其加热器、电测温度计、倾斜式微压计、孔板、功率表以及调压器组成。
由于实验段前有整流段，可使进入实验段前的气流稳定。
风量由电子调速调节。
实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四支热电偶以测壁四、实验步骤1、将孔板与微压计连接好、校正零点；连接热电偶与电控箱，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告引言在热传导领域，了解材料的传热性能是非常重要的。
传热膜系数是描述传热过程中热流对传热区域表面传递能力的指标。
本实验旨在通过测定管内强制对流传热膜系数，探索传热过程中的相关特性。
实验原理管内强制对流传热是指在管内通过流体进行传热的过程。
传热膜系数可以通过测量传热器件的传热功率以及相关参数的测量得到。
传热器件通常包括一段管道，其内壁通过对流来传递热量，而外壁通过辐射和对流损失热量。
根据传热定律，传热功率可以表示为：Q=ℎA(T2−T1)其中，Q表示传热功率，h表示传热膜系数，A表示传热区域表面积，T2和T1分别表示管外和管内的温度。
实验设备和材料•导热仪：用于测量传热功率。
•温度传感器：用于测量管道内外的温度。
•流量计：用于测量流体流量。
•水槽：用于控制流体的温度。
•管道：用于进行传热实验。
实验步骤1.准备实验设备和材料，并将其按照实验装置图连接起来。
2.将流体（如水）注入水槽，通过调节水槽温度和流量计来控制流体的温度和流量。
3.开始记录实验数据：测量传热器件的传热功率、温度传感器测温和流量计读数。
4.在实验过程中保持流体和环境温度稳定。
5.测量多组数据以获得准确的结果。
实验数据处理1.根据实验数据计算传热功率Q。
2.计算传热区域表面积A。
3.计算传热膜系数ℎ。
实验结果与讨论根据实验数据处理的结果，得到了不同条件下的传热膜系数。
通过比较不同实验条件下的传热膜系数，可以得出以下结论： 1. 传热膜系数随流体温度和流量的增加而增加。
2. 管道材料的导热性能对传热膜系数有影响。
3. 传热膜系数与流体性质（如粘度、密度等）相关。
在实验过程中，我们还注意到了以下问题： 1. 温度传感器的位置对测量结果有影响，需要注意测量位置的选择。
2. 流量计的准确度对实验结果的可靠性有影响，需要选择精确的流量计器。
结论通过本实验，成功测定了管内强制对流传热膜系数，并探究了影响传热膜系数的因素。
实验八强制对流换热系数的测定实验
五、实验数据记录
实验数据记录表
待测物理量 单位 第一组 第二组 第三组 第四组
外径D
试 验 管尺寸 有效长度 散热面积 工况编号
m
m m2 1 2
33
3
14
4
6
1
最大
2
33
3
14
4
6
1
最大
2
33
3
14
4
6
1
最大
2
33
3
14
4
6
参考值
气流动压 △h 实测值 参考值 工作电流I 实测值
mmH2O
mmH2O A A V ℃ mv ℃ ℃
（一）空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定实验 一、实验目的
实验八 强制对流换热系数的测定实验
了解流体横向掠过圆柱体时沿表面不同角度处对流换热系数及压力的变 化。 分析对流换热系数及压力变化的原因。
二、实验原理
通过对圆柱体进行热平衡分析可得出局部换热系数的表达式：
VI 180 2 d 2 t S （ ） （ T b bL r d 2 t tf
试验段示意图 试验段风道由有机玻璃制成，中间横置可旋转的圆柱体， 其中段周向包覆一不锈钢片，其内表面放置了热电偶，在 热电偶相同角度处开有一小测压孔，将圆柱体转到不同 φ 角位置，就可测出不同角度处表面温度和空气的压力。
测量系统图：不锈钢片的电流量通过标准电阻上的电压降 来测量。热电偶测片壁温。将热电偶毫伏值，标准电阻上 的电压降及片二端的电压降，经一转换开关及分压箱输出 一低压信号，由电位差计测量各值，空气沿柱面的压力和 来流速度由毕托管均通过倾斜式微压计测量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验一、实验目的1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。
2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式1Re Pr n Nu C =⋅⋅。
3. 学习对流换热实验的测量方法。
二、实验测算公式1．根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。
即：h=)(f W t t A Q -QA t=⋅∆ w/m 2·K （8-1）式中：Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m2;w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃；f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃；t ∆— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃；2．空气横掠单管换热时，实验关联式的确定根据传热学理论，换热系数与流速、管径、温度、流体物性等有关，并可用下列准则方程式关联：(Re,Pr)Nu f = (8-2 ) 空气横掠单管换热时，实验关联式为：1Re Pr n Nu C =⋅⋅ （8-3）在定常性温度下(m t )，普朗特数r P 可视为常数，故（3）简化为：Re n Nu C '= （8-4）式中Nu — 努谢尔数，Nu λhd=，Re — 雷诺数， Re vud =， Pr — 普朗特数，1313Pr Pr C C C '=⋅=⋅ (8-5)C ,n — 由实验确定的常数，m t —定性温度由下式确定：()2+=w f mt t t ℃ （8-6） 上述公式中，d —外管径（m ），λ—流体的导热系数（w/m ·℃），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。
3．实验关联式计算设y=lgNu ，x=lgRe ，在双对数坐标系下，公式（8-4）可写为： lg y n x C '=⋅+ （8-7） 根据最小二乘法原理，常数lg C 及n 可按下式计算：211112211lg ======-'=⎛⎫- ⎪⎝⎭∑∑∑∑∑∑N N N Ni iiiii i i i NNi ii i x y x y xC x N x （8-8）n =1112211N N Niiiii i i NNi ii i x y N x yx N x =====-⎛⎫- ⎪⎝⎭∑∑∑∑∑ (8-9)式中： N 为实际工况测试点数(N=11或N ＝10)。
4．实验参数计算 （1）空气流速u 根据u=空介ρρ3102-⨯H g m/s （8-10）式中：g — 重力加速度， m/s 2H — 微压计动压头（实测）， （酒精柱高） ρ介— 酒精密度(ρ介=0.89*103kg/m 3)，ρ空— 空气密度（查表）， kg/m 3（2）单管加热量QQ=UI 单位：W （8-11） 式中 U — 实验管端电压（实测）， I — 实验管工作电流（实测）。
5．实验结果误差计算用均方根误差σ可以反映实验点（x,y ）与关联式代表线 (lg y n x C ''=⋅+)的平均偏差。
σ=（8-12）其中，N 为测试点数(N=11或N ＝10)。
6.对流换热的定义对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。
7.牛顿冷却公式根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。
即：t A Q t t A Q h f w ∆⋅=-=/)(/ w/m 2·K 式中：Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m2;w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃；f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃；t ∆— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃；8.影响h 的因素1）.对流的方式：对流的方式有两种；（1）自然对流：由流体冷、热各部分的密度不同，所引起的流动。
（2）强迫对流：由外力（风机、水泵等）驱动的流体流动。
2）.流动的情况：流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。
针对管内流动，当 Re ＜2300时为稳定层流；Re ＞1×104时为旺盛紊流；2300＜Re ＜1×104时则为不稳定的过渡段。
Re — 雷诺数， Re vud =，雷诺数Re 的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。
上述公式中，d —外管径（m ），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。
3）.物体的物理性质：流体物性参数有比热容，导热系数，运动粘度，动力粘度，导热率，普朗特数，需要在定性温度下测得物性参数。
定性温度是指某种介质（冷介质或热介质）在求物性参数时使用的温度，如果介质粘度不大，取进出口温度的算术平均温度，如果粘度较大，可加权平均。
Pr — 普朗特数，Pr=αν= cpμ/k 其中α为热扩散率, v 为运动粘度, μ为动力粘度；cp 为等压比热容；k 为热导率；普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比4）流体有无相变:发生流体集态改变（或相变），如液体受热沸腾或蒸汽遇冷凝结的对流换热过程，称为相变换热。
相变换热较强烈。
冷结：流体降温到一定温度时出现的固化现象，在流体从液态开始转化为固态到完全转化为固态期间流体温度不变，如下图为冷结的流体持续加热温度变化，B 点时开始溶解，C 点完全转化为液体。
沸腾：是指流体受热超过其饱和温度时，在流体内部和表面同时发生剧烈汽化的现象，沸腾开始到结束期间流体温度不变如下图流体持续加热温度变化，B 点开始沸腾，到C 点借宿，期间温度不变。
5）换热面的形状和大小及位置: 影响流体的流动情况，边界层的形成、发展产生显著影响，从而影响对流换热。
定性尺寸：同样准则方程式中还有一些准则数要涉及到其空间尺寸，这些尺寸对固体壁面的放热情况有决定性的影响，称这些尺寸为定性尺寸。
6）流体的热物理性质：①导热率λ：热导率越大，流体内部和流体与壁面间导热热阻越小，对流换热就越强烈。
②密度ρ和比热c ：反映单位体积流体热容量的大小，是衡量流体载热能力的标志。
③动力粘度η，运动粘度v ，粘度影响流体的速度分布与流态，不利于热对流。
9、详细介绍4个准则数及其物理意义①反映流动状况的雷诺准则：vudud ==ηρRe 物理意义：反应流体强制对流时，惯性力和粘滞力的相对大小。
②反映流体物理性质的普朗特准则： avc p p r ==λη 物理意义：反应流体动量扩散能力与热扩散能力的相对大小。
③格拉晓夫准则： 23v tgad Gr ∆=物理意义：反应自然对流对换热过程中，浮升力与粘滞里的相对大小。
④表示对流换热强弱的准则努谢尔特准则： λhdNu =物理意义: 反应对流换热过程中壁面法向温度梯度大小的影响10、对流换热方程的一般表达方式强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 强迫对流公式为Pr),(Gr f Nu = 1）.Re=vul =雷诺数Re 的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。
其中U 为速度特征尺度，L 为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。
2).Pr=αν 定义：流体运动学黏性系数γ与导温系数κ比值的无量纲数 3).Nu=λhd（努谢尔数） 4).Gr=23νtgad ∆式中a 为流体膨胀系数，v 为流体可运动系数。
格拉晓夫数 ，自然对流浮力和粘性力之比 ，控制长度和自然对流边界层厚度之比 。
11.对流换热的机理热边界层热边界层的定义是：黏性流体流动在壁面附近形成的以热焓(或温度)剧变为特征的流体薄层热边界层内存在较大的温度梯度，主流区温度梯度为零。
当壁面与流体之间的温差达到壁面与来流流体之间的温差的0.99倍时，即()()99.0/=--∞t t t tww，此位置就是边界层的外边缘，而该点到壁面之间的距离则是热边界层的厚度,记为δt(x) 1）对流换热的机理:对流换热传热机理：由于流体粘滞力的作用，使流体在固体壁面上处于不流动的状态，所以使流体速度从壁面上的零速度值逐步变化到来流的速度值。
通过固体壁面的热流也会在流体分子的作用下向流体扩散(热传导)，并不断地被流体的流动而带到下游（热对流），因而对流换热过程热对流与导热的综合作用的结果。
2）边界层的理论1、 流动边界层：定义：固体表面附近速度发生急剧变化的薄层。
流体流过固体壁面时，由于壁面层流体分子的不滑移特性，在流体黏性力的作用下，近壁流体流速在垂直于壁面的方向上会从壁面处的零速度逐步变化到来流速度，如图5－10所示。
流体流速变化的剧烈程度，即该方向上的速度梯度，与流体的黏性力和速度的大小密切相关。
普朗特通过观察发现，对于低黏度的流体，如水和空气等，在以较大的流速流过固体壁面时，在壁面上流体速度发生显著变化的流体层是非常薄的。
因而他把在垂直于壁面的方向上流体流速发生显著变化的流体薄层定义为速度边界层，而把边界层外流体速度变化比较小的流体流场视为势流流动区域。
这样，引入边界层的概念之后，流体流过固体壁面的流场就人为地分成两个不同的区域，其一是边界层流动区，这里流体的黏性力与流体的惯性力共同作用，引起流体速度发生显著变化；其二是势流区，这里流体黏性力的作用非常微弱，可视为无黏性的理想流体流动，也就是势流流动。
2. 热边界层定义：当流体流过平板而平板的温度t w 与来流流体的温度t ∞不相等时，对于上述的低黏性流体，如果流体的热扩散系数也很小，在壁面上方也能形成温度发生显著变化的薄层，常称为热边界层。
热边界层厚度仿照速度边界层的约定规则，当壁面与流体之间的温差达到壁面与来流流体之间的温差的0.99倍时，即99.0---ωt t tt w w ，此位置就是边界层的外边缘，而该点到壁面之间的距离则是热边界层的厚度,记为。
如果整个平板都保持温度t w ，那么，x=0时δt (x)=0，且随着x 值的增大逐步增厚。
在同一位置上热边界层厚度与速度边界层厚度的相对大小与流体的普朗特数Pr 有关，也就是与流体的热扩散特性和动量扩散特性的相对大小有关。
12、举例说明对流换热的计算过程：长度[m]，质量[kg]，时间[s]，电流[A]，温度[K]，物质的量[mol]，发光强度[cd] 因此，上面涉及了4个基本量纲：时间[T]，长度[L]，质量[M]，温度[Q] 所以 r = 4p c p d u h ,,,,,,:7ηλη=[][][][]Θ=,,,:4M L T rn – r = 3，即应该有三个无量纲量，因此，我们必须选定4个基本物理量，以与其它量组成三个无量纲量。
我们选u,d,l,h 为基本物理量(c)组成三个无量纲量11111d c b a d hu n ηλ= 22222d c b a d pu n ηλ=33323d c b a p d u c n ηλ=为例于是有：Pr)(Re,f Nu =单相、强制对流 强制对流：Pr)(Re,f Nu =Pr)Re,,(x f Nu x '= 自然对流换热：Pr),(Gr f Nu = 混合对流换热：Pr),(Re,Gr f Nu =Nu — 待定特征数含有待求的 h ）；Re ，Pr ，Gr — 已定特征数按上述关联式整理实验数据，得到实用关联式解决了实验中实验数据如何整理问题.1．根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。