传热学-强迫对流实验指导书(2014)

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热工“传热学”实验安排与实验指导书

热工“传热学”实验安排与实验指导书12科热工“传热学”实验安排一、时间：2014.12.15下午2：00 学号1-22号2014.12.15上午4：00 学号23-44号二、地点：新校区A4楼411三、内容：实验一球体法粒状材料的导热系数的测定实验二套管换热器液-液换热实验实验三中温辐射黑度的测定四、要求1．实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，写出预习报告。

2、按时参加实验。

3．实验时应严肃认真、一丝不苟，并作好记录。

4．实验结束时，经指导教师审阅实验记录后，方可结束实验。

5．按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。

《传热学》实验指导书周露亮编20xx年11月1目录实验要求 (3)实验一球体法粒状材料的导热系数的测定 (4)实验二套管换热器液-液换热实验 (8)实验三中温辐射黑度的测定 (11)附录1 铜－康铜热电偶分度表 (15)附录2 精密数字温度温差仪使用方法 (16)2实验要求1．实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解实验目的、实验原理和实验要求，做到心中有数。

2．在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到指导教师的许可，方可动用。

3．实验时应严肃认真、一丝不苟，细致地观察实验中的各种现象，并作好记录，通过实验，训练基本操作技能和培养科学的工作作风。

4．实验结束时，学生先自行检查全部实验记录，再经指导教师审阅后，方可结束实验。

5．学生实验时，如出现实验仪器损坏情况，应及时向指导教师报告。

6．按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。

3实验一球体法粒状材料的导热系数的测定一、实验目的1. 巩固稳定导热的基本理论，学习球体法测定物质的导热系数的实验方法；2. 实验测定被测材料的导热系数λ；3. 绘制出材料导热系数λ与温度t的关系曲线。

二、实验原理加热圆球（见图1）由两个壁厚1.2毫米的大小同心圆球（1）组成。

小球内装有电加热器（2）用来产生热量。

第十章强迫对流

Heat Transfer
t 1 (t' t") 2
• 对常壁温条件
对数平均温差
t ' t"
入口
t
ln
t ' t "
出口
Heat Transfer
Байду номын сангаас
• 管内层流充分发展段的对流换热系数
Heat Transfer
续表
Heat Transfer
Heat Transfer
•管内层流入口段
Pe Re Pr 贝克利数
Nuf 5.0 0.025Pef0.8
Pef 100。
Heat Transfer
强化管内湍流换热的措施
• 将式10-58展开（取n=0.4，加热）
h
0.023cp 0.4 0.6 d 0.4 0.2
u
0.8
• 可见，当流体种类确定后，设计中能改变的只有流速和管径。
ct
Tf Tw
0.5
ct 1。
液体:
Heat Transfer
m
ct
f w
m 0.11 加热
m 0.25 冷却
（2）Sieder-Tate 公式：
0.14
Nuf
0.027 Ref0.8
Prf1 / 3
f w
应用条件
l / d 60，
Prf 0.7 ~ 16700, Ref 104。
10-5 强迫对流换热 Forced Convection heat transfer
— 管内流动 Internal — 外部流动 External
Heat Transfer
• 管内流动
– 换热器的管侧流体流动与换热 – 轮机叶片内的冷却流道内的流体流动与换热 – 等…

传热学--外部流动强制对流换热实验关联式 ppt课件

u
u x

v
u y

g
t
t

2u y2
g t t
浮升力(buoyancy force)是重力与压力梯度综合作用结果
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2.相似特征数的导出
无量纲化 U u ,V v , X x ,Y y , T T
u0
u0
L
L
顺排（》16排）
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ppt课件叉排（》16排）
管排修正系数en
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例题6-5,P262
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6.5 自然对流换热实验关联式
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一、工程背景
1.暖气管散热 2.室外变压器散热 3.事故条件下核反应堆散热 4.冰箱(冰箱里食物不要装得太满) 5.电子器件冷却
t∞=15℃，换热表面平均温度tw=125℃，功率P=40ห้องสมุดไป่ตู้5W 。由于换
热管表面的辐射及换热管两端通过风洞侧壁的导热，估计约有 15%的功率损失掉，试计算此时对流换热的表面传热系数。
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解：按牛顿冷却公式，整根换热管的平均表面换热系数为
h Atw t
其中 0.85P 0.8540.5W 34.43W
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3.自然对流换热现象的速度与温度分布特点
Tw > T∞ 思考：Tw < T∞
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4.自然对流的两种流动形态
x
①层流 ②湍流
③判别流态的特征数是Gr数，类比于Re数，不是(GrPr)

强制对流传热实验指导书

强制对流传热实验指导书一、实验目的和要求本实验目的是加深对传热学教学课程内容的理解，使同学了解和掌握空气横掠单管时的平均表面传热系数变化规律。

通过实验使学生可得到如下方面的专业知识：1、了解实验装置，熟悉空气流速和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的数据整理方法；3、了解空气横掠单管的换热规律。

二、基本原理热交换器中广泛使用各种管子作为传热元件，通常外侧为流体横向掠过单管强制对流换热。

因此，测定流体横向掠过管子时的平均表面传热系数是传热中的基础实验。

强制对流时的换热规律可用下列准则关系式来表示：(1)由于空气温度变化范围不大，上式中的数变化很小，可作为常数处理，故式(1)简化为(2)式中：。

其中：h——空气横掠单管时的平均表面传热系数，(W/m2 K)；V——空气来流速度 (m/s)；d——定型尺寸，这里取管子外径, (m)；λ——空气的导热系数，(W/m K)；ν——空气的运动粘度，(m2/s)；如需通过实验确定空气横掠单管时与的关系，就需要测定在不同流速V、不同管子直径时的平均表面传热系数的变化。

因此，本实验中要测量的基本参量为空气流速、空气温度、管子表面温度及计算管子表面散热量。

三、实验设备实验系统如下图所示。

实验装置由本体、被测实验件、供电电源、测量系统所组成。

风箱的作用是确保风道实验段中有均匀的气流速度。

被测实验件采用薄壁不锈钢圆管，安装于有机玻璃风道中。

供电电源采用低电压大电流可控硅直流电源，对被测实验件直接进行加热，实验时只要调整可控硅整流电源的输出功率，就可调节施加于被测实验件上的加热功率。

空气横掠被测实验件时，加入的热量通过对流换热的方式被空气带走。

试验时数应有较大范围的变化，以保证求得的空气横掠单管换热准则关系式的准确性。

数取决于管子所处空气流的速度及管子直径。

空气流速可以通过装在风机入口处的调风门来改变。

因此，试验可在不同的空气流速的条件下进行，然后将试验结果整理求得换热准则关系式的具体表达式。

空气横掠单圆管时强迫对流换热实验1

空气横掠单圆管时强迫对流换热实验报告一、实验原理可根据相似理论，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：n Nu CRe = (1)式中，努谢尔特准则数为： /Nu hD λ= (2)雷诺准则数为： /Re uD v = (3) 这里，λ为空气的导热系数， ν为空气的运动粘度,是平均温度2)/(m f w t t t =+的函数，其中w t 为管外壁温，f t 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：(/)w f h Qa F t t =-式中，Qa 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 DL π=，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。

即管实际传出热量为:4480+10()()a f w f w f Q Q Q hF t t C F T T ε-=+=⨯－－其中，ε为实验管外表面的黑度，黑体辐射系数240 5.67C Wm K --= 。

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：4480[()/10/ ]()w f w f h Q F C T T t t ε-=⨯－－－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w t 、来流空气的温度f t 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。

在数据足够多、Re 变化范围足够大的条件下，就可确定式(1)中的C 和n 的值。

二、实验数据列表一、实验结果及分析作出lg~lg ReNu拟合曲线如下拟合公式log0.5814log Re0.5748Nu=-，则得到0.58140.2662ReNu=即0.2662,0.581C n==产生偏差的原因可能是：(1)准则方程式在Re=4000~40000时的情况较为接近，而实验中有部分Re 值小于4000造成了误差；(2)管内存在阻力损失使压力测量有偏差，导致速度测量不准确；(3)管壁也不是严格的等壁温条件，在tf、tw的计算上会产生误差。

空气横掠圆柱强制对流换热--传热学

北京科技大学机械工程学院空气横掠圆柱的对流换热实验（一）实验目的 1. 了解空气横掠圆柱体的对流换热系数的实验测定方法 2. 测定圆柱体的对流换热系数 h 3. 根据对强制对流换热现象的相似分析，整理出准则方程式（二）实验原理在实验中，利用直流稳压电源对圆柱体进行加热，并通过风机对其冷却。

待圆柱体达到热平衡后，根据牛顿冷却公式有Q conv = hA(Ts − T∞ )i上式中 Q conv 为对流换热量，考虑到圆柱体对外界的散热由对流换热和辐射换热两种形式，因此Q conv = Q − Q radi ii上式中 Q 为电加热功率， Q rad 为辐射换热量。

辐射换热量可由Q rad = εσ A(TS 4 − T∞ 4 ) 确定，因此，对流换热系数可由下式计算得到h = [Q / A − εσ (TS4 − T∞4 )] /(TS − T∞ )iih-对流换热系数， W / m 2 ⋅ °C ；Q-电加热功率， W ；A-对流换热面积， m 2 ；ε -圆柱体表面黑度； σ -黑体辐射系数， 5.67 × 10−8W / m 2 ⋅ K 4 ；TS -圆柱体表面温度， K ；T∞ -室内空气温度， K ；在忽略辐射换热的前提下（本实验中辐射换热量较小，可忽略），上式可简化为h= Q A(TS − T∞ )根据相似理论，对于空气横掠物体的对流换热，努塞尔数 Nu 是雷诺数 Re 和普朗特数 Pr 的函数，并可表达为Nu = C Re n Pr m对于空气，普朗特数 Pr 在一定温度下为常数，故上式可简化为Nu = C Re n其中 c 、n 是通过实验确定的常数。

努塞尔数 Nu 和雷诺数 Re 的表达式分别为第 2 页共 6 页Nu =hD kfRe =V∞ DνD-圆柱体的直径，m；k f -空气的热导率，W / m ⋅°C ；V∞ -空气的来流速度，m / s ；ν -空气的运动粘度， m 2 / s在实验中改变空气的来流速度，就能得到不同的准则数，对式 Nu = C Re n 取对数，即得lg Nu = lg C + n lg Re将实验中得到的 Nu、Re 的值代入上式中，便可确定 c 、n。

实验三：强迫流动单管管外放热系数测定

强迫流动单管管外放热系数测定一、实验目的1. 了解对流放热的实验研究方式；2. 学习测量风速、温度及热量的大体技术；3. 测定空气横掠单管表面的平均放热系数，并将实验数据整理成准测方程二、实验原理依照牛顿冷却定律公式，壁面平均放热系数h ，可由下式计算： )t t (A Q h f w c-=[W/m 2.℃] （5-1）式中：Q c ：对流放热量，w ；F ：实验管有效放热面积，m 2； t w ：实验管壁面平均温度，℃； t f ：实验管流体平均温度，℃。

依照相似理论，流体受迫外掠物体的放热系数h 与流速u 、物理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：m f nf f Pr CRe Nu = （5-2）由于本实验中，流体为空气，Pr=常数，故式5-2可简化为：n f f CRe Nu = （5-3）式中：Nu: 努赛尔特准那么，ff hdNu λ=;Re ：雷诺准那么，fudRe ν=;D ：实验管外径，m ；u ：流体流过实验段最窄截面处的流速，m/s ； λf ：流体导热系数，w/m ℃； νf ：流体运动粘度，m 2/s 。

准那么中的角标“f ”表示用流体的边界层的平均温度t f 作为定性温度。

本实验的任务是测定Nu 和Re 准那么中所包括的各物理量，如t 、u 、d 、νf 、λf ，用公式5-1计算出h ，组成准那么，然后通过数据处置，求得C 与n 值，从而成立准那么方程式5-3。

本对流放热实验在实验风洞中进行。

实验风洞要紧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（包括水银温度计、倾斜微压计、皮托管、电位差计（或温度显示仪表）、电流表、电压表（或功率表）和调压变压器）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、实验段、第二测试段、收缩段、测速段、扩大段等。

由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳固，而测速段的截面积较实验段小，以使流速提高，可提高测速的准确性，风量由风机出口挡板调剂（或由风机变频器操纵调剂）。

强迫对流管簇管外换热系数测试实验

强迫对流管簇管外换热系数测试实验一．实验目的1．掌握温度、流速、热量等参数的测量方法； 2．掌握翅片管束管外换热系数的实验方法； 3．掌握强迫对流翅片管束阻力的实验方法。

二．实验原理1．翅片管是换热器中常用的一种传热元件，由于扩展了管外传热面积，故可使光管的传热热阻大大下降，特别适用于气体侧换热的场合。

2．空气（气体）横向流过翅片管束时的对流换热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，其无因次函数关系可表示如下，翅片管参数见表1。

Re,Pr,,,,,,t l o o o o o P PH B Nu f N D D D D D δ⎛⎫= ⎪⎝⎭对于特定的翅片管束，其几何因素都是固定不变的，这时可简化为：()Re,Pr Nu f =对于空气，Pr 数可看作常数，故()Re Nu f = 表示成指数方程的形式如下：Re m Nu C =式中，C 、m 为实验关联式的系数和指数。

这一形式的公式只适用于特定几何条件下的管束，为了在实验公式中能反映翅片管和翅片管束的几何变量的影响，需要分别改变几何参数进行实验并对实验数据进行综合整理。

3．对于翅片管，管外换热系数可以有不同的定义公式，可以以光管外表面为基准定义换热系数，也可以以翅片管外表面积为基准定义。

为了研究方便，此处采用光管外表面积作为基准，即：()o O wo f h n D L t t πΦ=-4．如何测求翅片管束平均管外换热系数是实验的关键。

但是测量管壁平均温度是一件很困难的任务。

采用一种工程上更通用的方法，即：威尔逊方法测求管外换热系数，这一方法的要点是先测求出传热系数，然后从传热热阻中减去已知的各项热阻，即可间接地求出管外放热热阻和换热系数。

即111w o iR h k h =-- ()O v f k n D L t t πΦ=-空气侧吸热量：21()p f f c M t t Φ=-加热器功率：UI Φ=应当指出，当管内换热系数hi>>ho 时，管内热阻将远远地小于管外热阻，这时hi 的某些计算误差将不会明显地影响管外换热系数ho 的大小。

强迫对流管簇管外放热系数实验指导书

实验翅片管束管外放热和阻力实验实验指导书一、实验目的1．了解热工实验的基本方法和特点；2．学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法；3．巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识；4．培养学生独立进行科研实验的能力。

二、实验内容1．熟练实验原理和实验装置，学习正确使用测温度、测压差、测流速、测热量等仪表。

2．正确安排实验，测取管外放热和阻力的有关实验数据。

3．用威尔逊方法整理实验数据，求得管外放热系数的无因次关联式，同时，也将阻力数据整理成无因次关联式的形式。

4．对实验设备，实验原理，实验方案和实验结果进行分析和讨论。

三、实验原理1．翅片管是换热器中常用的一种传热元件，由于扩展了管外传热面积，故可使光管的传热热阻大大下降，特别适用于气体侧换热的场合。

2．空气（气体）横向流过翅片管束时的对流放热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，其无因次函数关系可表示如下：N u =f(Re、Pr、、、、、、olotoooDPDPDBDDH/δN)式中：Nu =γαoD•为Nusselt数；R e =γmoUD•=ηmoGD•为Renolds数；P r =αν=λμ•C为Prandtl数；H、δ、B分别为翅片高度、厚度、和翅片间距；P t 、Pl为翅片管的横向管间距和纵向管间距；N为流动方向的管排数；D o 为光管外径，Um、Gm为最窄流通截面处的空气流速（m/s）和质量流速。

（kg/m2s）且Gm=Um•ρλ、ρ、μ、γ、α为气体的特性值。

此外，放热系数还与管束的排列方式有关，有两种排列方式，顺排和叉排，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外放热系数会高于顺流的情况。

对于特定的翅片管束，其几何因素都是固定不变的，这时，式（1）可简化为：N u =f （R e 、P r ）（2）对于空气，P r 数可看作常数，故N u =f （R e ）（3）式（3）可表示成指数方程的形式N u =CR e n （4）式中，C 、n 为实验关联式的系数和指数。

空气沿平板强迫流动时的对流换热实验报告

空气沿平板强迫流动时的对流换热实验报告标题: 空气沿平板强迫流动时的对流换热实验摘要:该实验旨在研究空气在平板上的强迫流动条件下的对流换热特性。

通过测量不同流速下的温度分布和换热系数，我们可以了解空气流动对热传递的影响，并验证传热理论。

实验装置:平板：选取一块具有良好导热性能的平板作为实验对象。

流速控制装置：使用风机或气泵控制空气流速。

温度测量器：使用热电偶或温度传感器测量平板的表面温度。

计时器：用于记录实验过程的时间。

数据采集系统：用于记录和分析实验数据。

实验步骤:1、准备平板表面：确保平板表面干净、光滑，并使用绝缘材料包裹，以减少外界影响。

2、设置流速：根据实验需求，控制风机或气泵的转速，以调整空气流速。

3、测量温度分布：在平板表面上均匀布置若干个温度测量点，并记录它们的初始温度。

4、开始实验：打开风机或气泵，使空气以一定的速度沿平板流动。

5、记录数据：在实验过程中，定期测量并记录温度测量点的温度，并记录时间。

6、停止实验：在实验结束后停止空气流动。

7、分析数据：根据测量到的温度数据，绘制温度-时间曲线，并计算平板表面的平均换热系数。

结果和讨论:根据实验数据，我们可以得到温度-时间曲线。

通过分析曲线的斜率和温度变化率，可以计算平板表面的平均换热系数。

实验结果表明，空气流速对对流换热有显著影响。

随着空气流速的增加，对流换热系数增大。

结论:通过本实验，我们验证了空气在平板上强迫流动时的对流换热特性。

实验结果表明，空气流速对热传递的影响显著。

随着空气流速的增加，对流换热系数增大。

这对于工程应用中的热设计和热管理具有重要意义。

建议:为了进一步完善实验结果，可以在不同温度和流速条件下进行更多的实验。

此外，可以考虑使用其他测温装置和更精确的数据采集系统，以提高实验数据的准确性。

实验四强制对流下传热膜系数的测定

实验四强制对流下传热膜系数的测定一、实验目的1．掌握圆形光滑直管（或波纹管）外蒸汽、管内空气在强制对流条件下的对流传热膜系数的测定；2．根据实验数据整理成特征数关联式。

二、实验原理1.特征数关联影响对流传热的因素很多，根据量纲分析得到的对流传热的特征数关联式的一般形式为：m n lu e r r N CR P G = （4-1）式中C 、m 、n 、l 为待定参数。

参加传热的流体、流态及温度等不同，待定参数不同。

目前，只能通过实验来确定特定范围的参数、本实验是测定空气在圆管内做强制对流时的对流传热系数。

因此，可以忽略自然对流对对流传热系数的影响，则G r 为常数。

在温度变化不太大的情况下，空气的P r 可视为常数、所以，准数关联式（4-1）可写成mu e N CR = （4-2）或 me CR dλα=待定参数C 和m 可通过实验测定蒸汽、空气的有关数据后，根据原理计算、分析求得。

2.传热量计算努赛尔数N u 和雷诺数R e 都无法直接用试验测定，只能测定相关的参数并通过计算求得。

当通过套管环隙的饱和蒸汽与冷凝壁面接触后，蒸汽将放出冷凝潜热，冷凝成水，热量通过间壁传递给套管内的空气，使空气的温度升高，空气从管的末端排除管外，传递的热量由下式计算。

21121()()m pc V pc Q q c t t q c t t ρ=-=-（4-3）根据传热速率方程：mQ KA t =∆ （4-4）所以1121()m V pc KA t q c t t ρ∆=- （4-5）式中： Q ——换热器的热负荷（或传热速率），kJ/s ；q m ——冷流体（空气）的质量流量，kg/s ； t 1——空气的进口温度，℃； t 2——空气的出口温度，℃；q V1——冷流体（空气）的体积流量，m 3/s ； ρ1——冷流体（空气）的密度， kg/m 3；K ——换热器总传热系数， W/(m 2. ℃)；c pc ——冷流体（空气）的平均定压比热容， kJ/(kg.K)； A ——传热面积， m 2；Δt m ——蒸汽与空气的对数平均温度差，℃。

《传热学》实验指导书

《传热学》实验指导书建筑环境与设备工程教研室实验一强迫对流换热实验一、实验目的1、了解热工实验的基本方法和特点；2、学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法；3、巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识；4、培养学生独立进行科研实验的能力。

二、实验原理1、翅片管是换热器中常用的一种传热元件，由于扩展了管外传热面积，故可使光管的传热热阻大大下降，特别适用于气体侧换热的场合。

2、空气（气体）横向流过翅片管束时的对流换热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，其无因次函数关系可表示如下：N u =f(R e 、P r 、、、、、、olo t o o o D P D P D B D D H /δn) (1) 式中：N u =γD h •为努谢尔特数；R e =γm o u D •=ηmo G D • 为雷诺数；P r =h ν=λμ•C 为普朗特数； H 、δ、B 分别为翅片高度、厚度、和翅片间距；P t 、P l 为翅片管的横向管间距和纵向管间距；n 为流动方向的管排数； D o 为光管外径，u m 、G m 为最窄流通截面处的空气流速（m/s ）和质量流量（kg/m 2s ），且G m =u m •ρ。

λ、ρ、μ、γ、α为气体的特性值。

此外，换热系数还与管束的排列方式有关，有两种排列方式，顺排和叉排，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外换热系数会高于顺流的情况。

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。

强迫对流表面传热系数的测定_

实验三强迫对流表面传热系数的测定一、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方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法。

2. 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。

3. 通过对实验数据的综合整理，掌握强迫对流换热实验数据的处理及误差分析方法。

二、实验原理根据牛顿冷却公式，壁面平均传热系数为:式中：tw—管壁平均温度，Ctf—流体的平均温度，cF —管壁的换热面积，mQ—对流换热量，W由相似原理，流体受迫外掠物体时的放热系数与流速物体几何形状及尺寸物性参数间的关系可用准则方程式描述：Nu 二f (Re, Pr)研究表明，流体横向冲刷单管表面时，准则关联式可整理成指数形式：Nu^CRe m Pr mm下标m表示用空气膜平均温度作特征温度t m=0・5(t w t f)又有特征数准则方程:Nu—努塞尔(Nusself ) 准则hdNu :udRe—雷诺(Reyn olds)准则数Re =VPr—普朗特(Prandtl )准则数Pr Vah —表面传热系数w/(m2• k)d—定性尺寸，取管外径m丸—流体导热系数w/(m )a ―流体导温系数m2/sV —流体运动粘度m2/su —流体运动速度m/s实验中流体为空气，因而，Pr = 0.7，准则式可简化成Nu =CRe n 本实验要测定空气横向掠过单管表面时的表面传热系数h，我们通过测定流速，温度及物性参数的值来确定c,n的值，便可求得平均换热系数h。

因此，我们首先使流速一定，测定电流、电压、管壁温度、空气来流温度值, 查出物性参数’、：、a的值，计算出u, d的值得到一组数据后，可计算出一组Nu，Re的值，通过改变流速来改变Re值，重复测量便可得到一系列数据, 在以Nu、Re为纵、横坐标的双对数坐标系中描点，并用光滑的曲线连接各测点可得到一直线，直线方程如下形式：Ig Nu = lg C nig ReIgC为截距，n 为斜率，从而可确定c,n 的值，知道c,n 的值后，由准则式:Nu =C Re n可求出表面传热系数h三、实验设备实验本体为一立式鼓风式风洞，仪器有：离心风机，直流电源，毕托管，微差压变送器，直流电位差计，试件（表面镀铬），水银温度计及热电偶等。

5强制对流下空气传热膜系数的测定

强制对流下空气传热膜系数的测定一、实验目的1、掌握空气在强制对流条件下，传热膜系数的测定。

2、比较圆形光滑管和螺纹管强化传热效率二、实验任务1、计算光滑管或螺纹管的空气传热膜系数K2、用双对数坐标作图Re ～Nu3、计算准数关联式Nu=CRe m 中的待定参数C 、m 三、实验原理流体在圆形直管中强制对流时的给热系数（亦称对流传热膜系数）的关联式为b m A Nu Pr Re ⋅=（1）对空气而言，在较大的温度和压力范围内Pr 准数实际上保持不变，取Pr=0.7。

因流体被加热，故取b ＝0.4，Pr b 为一常数，则上式可简化为：m C Nu Re =（2）将上式两边取对数得：Re lg lg lg m C Nu +=(3)上式中～作图为一直线，由式（3）确定出式中的系数C 与指数m 。

μπρμπρμρd V d dV du 44Re 1211===λρλλαdt S t t C V Kd d Nu m p ∆-===)(121 式中：V ：空气的体积流量, m 3/s ；ρ1：空气的密度, kg/m 3；11273273293.1t P P P aa ++=计前ρt 1：空气的进口温度, ℃； t 2：空气的出口温度, ℃；α：空气在管内的给热系数, W/m 2× ℃；蒸汽冷凝传热膜系数远大于空气传热膜系数，1α≈K。

因此，测得冷热流体的温度及空气的体积流量，即可通过热衡算求出套管换热器的总传热系数K ，由此求出空气传热膜系数α1。

S ：传热面积，以管内表面计, m 2；dl S π=Δt m ：内管管壁与空气温差的对数平均值（5）式中T 为内管管壁的温度, ℃。

C p 、μ、λ由平均温度查表得。

四、实验装置五、实验操作（以光滑管为例）1、开总电源、仪表电源，选择换热器类型；2、开进气阀1并关进气阀23、将空气流量阀完全打开，再打开风机4、打开疏水阀15、打开蒸汽阀1并关蒸气阀2，使蒸汽压强在50～100KPa 范围6、打开排气旋塞1，以排出不凝气体，一段时间后关上7、调节空气流量阀和蒸汽阀，使蒸汽压强回到固定压强8、等5～10min 空气出口温度稳定后读取数据9、继续调节空气流量阀进行下一组实验10、实验结束，关闭蒸汽进口阀，切断鼓风机电源。

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：)(f w t t hF Q -= （W ）（6-2—1）得)(f w t t F Qh -=（W/m2℃）（6-2-2）式中 Q —对流换热的热流，［W]; h -对流换热系数，[W/m2℃]； F —与流体接触的物体表面面积，[m2］； t f —流体平均温度,[℃]； t w —物体表面温度，［℃］。

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:Nu f =(Re,Pr) （6—2-4）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)式中努谢尔特数 λhDNu =雷诺数νvD=Reh —空气横掠单管时的平均换热系数，[W/m 2℃]；v —空气来流速度，[m/s ］； D —定型尺寸,取管子外径，[m ］； λ—空气的导热系数,［W/m ℃]; ν—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t f 、管子表面温度t w 及管子表面散出的热量Q 。

实验十强制对流换热系数的测定幻灯片PPT

门在适当位置，旋转圆柱体使测温点和测压孔处在来流前驻点位置。 ❖ 将整流电源电压调节旋钮旋至输出电压零位，然后接通整流电源，并逐步提高输出电压，对不锈钢片加热。为保证不至于损坏试件。不锈钢片外表温度大约控制在80℃以下。 ❖ 待热稳定后开场测量，以前驻点〔φ＝0°〕到后驻点〔φ＝180间隔5°作一测量点。用电位差计测出各点的温差电势值E＝〔t－tf〕。用微压计测出相应的气流沿外表的压力值Pφ，每旋转一角度，需待稳定后再测量。测量可沿圆柱的一半进展，但作为对称检验可待一半测量完毕后，对另一半选几点复测。测量过程中加热电流和电压变动较小，可选
❖ 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
外径D
m
试验管尺寸
有效长度
m
散热面积
m2
工况编号
气流△动h 压
参考值实测值
工作电流I
参考值实测值
1 mmH2O 最大 mmH2O
A A
2
34
1
33
14 6
最大
25
2
3
33
14
20
41
234
6 最大 33 14 6
16
工作电压
V
大气温度tf
❖ 实验数据记录
❖ 空气温度tf = 空气密度ρf= 电压降V1=
❖ 电压降V2= 来流动压△P= 来流静压P=
❖ 实验数据记录表
φ(度)
E(tφ－tf)/mv
Pφ/mmH2O
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55

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，h2＞h1；第三排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h3＞h2。

同样h4＞h3…，但经过几排管子以后扰动基本稳定，h z几乎不再变化。

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 e不大的情况下，符合上述情况。

在R e较高时，由于顺排管束的尾部涡流增强，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：1、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、连接并检查所有线路和设备，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。