强迫流动单管管外放热系数测试装置实验指导书
一、实验目的
⒈了解对流放热的实验研究方法；
⒉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；
⒊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
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：
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
、空气温度
，微压计动压头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、实验桌、实验管及其加热器、电测温度计、倾斜式微压计、毕托管、电流表、电压表以及调压变压器组成。
由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管置于流速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。风量电子调速调节。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
⒈将毕托管与微压计连接好、校正零点；连接热电偶与电控箱，再将加热器、电流表、电压表以及调压变压器线路连接好，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。
⒉启动风机，让风机空载启动，然后根据需要，调节风量。
⒊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，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录电流、电压、空气进出口温度及微压计的读数。
⒋在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机风量测得其动压头，空气进、出口温度以及实验管壁温读数，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。
⒌不同热负荷条件下的实验，仅需利用调变压器改变电加热器功率、重复上述实验步骤即可。
⒍实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再停止风机。
五、实验数据的整理计算
⒈壁面平均放热系数α
电加热器所产生的总热量Q，除以对流方式由管壁传给空气外 ，还有一部分是以辐射方式穿出去的，因此，对流放热量Qc为Qc =Q－Qr=IV Q r
Qr——辐射换热量；
ε ——试管表面黑度；
Co——绝对黑体辐射系数；
T
ω——管壁面的平均绝对温度；
T
f——流体的平均温度；
F——管表面积；
根据牛顿公式，壁面平均对流放热系数为
⒉空气流速的计算
采用毕托管在测速段截面中心点进行测量，由于实验风洞测速段分布均匀，因此不必进行截面速度不均匀的修正。
若采用倾斜式微压计测得的动压头为h，则由能量方程式
而
式中： P
酒——微压计酒精的密度；P=0.81×10
310g/m
3
P
空——空气的密度，根据空气的平均温度，可在有关书中查得。
h——动压头，用液柱高表示。
由上式计算所得的流速是测速截面处的流速，而准则式中的流速W是指流体流过试管最窄处截面的流速，由连续性方程：
式中：F
测——测速处流道截面积；[m
2]
F
测= × （mm）
F
试——放试管处流道截面积；[m
2]
F
试= × （mm）
L——实验管有效管长；L=500mm
d——实验管外径；d=40mm
n——实验管数；n=1
W
测——测速处流体流速；[m/s]
W
试——实验管截面处流速；[m/s ]
⒊确定准则方程式
将数据带入，得到准则数，即可在Num为纵坐标，以Rem为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连起来，因IgNum=Igc+Rem
Igc为直线的截距，n为直线的斜率，取直线上的两点
即可得出具体的准则方程式N
u=CR
ne
六、实验报告要求
⒈实验原理；
⒉实验原始数据，数据整理；
⒊做出N
u=CR
ne 图线
⒋误差分析。
