實(shí)驗(yàn)報(bào)告-橫管自然對(duì)流傳熱規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究.docVIP

中國(guó)石油大學(xué)傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期： 2013-6-5 班級(jí)：石工10-09 成績(jī)： 教師： 學(xué)號(hào)：1 姓名： 同組者： 實(shí)驗(yàn)二 橫管自然對(duì)流傳熱規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解空氣沿橫管表面自然對(duì)流傳熱規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究方法，鞏固課堂上學(xué)過(guò)的傳熱學(xué)知識(shí)。2測(cè)定橫管的自然對(duì)流傳熱系數(shù)h。3通過(guò)數(shù)據(jù)處理，整理出自然對(duì)流傳熱準(zhǔn)則方程式。二、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)橫管進(jìn)行電加熱，熱量應(yīng)是以對(duì)流和輻射兩種方式來(lái)散發(fā)的，所以對(duì)流換熱量為總熱量與輻射熱換量之差，即：, , (W) 式中：一加熱功率,W； 一輻射換熱量,W； 一對(duì)流換熱量,W； 一管表面黑度； 一黑體的輻射系數(shù)；（W/m2K4） 一管壁平均溫度, ； 一室內(nèi)空氣溫度,； A一管表面積，m2； h一自然對(duì)流傳熱系數(shù),W/(m2)；根據(jù)相似理論，對(duì)于自然對(duì)流傳熱，努謝爾特?cái)?shù)Nu是葛拉曉夫數(shù)Gr、普朗特?cái)?shù)Pr的函數(shù)，可表示成：其中C、n是通過(guò)實(shí)驗(yàn)所確定的常數(shù)。為了確定上述關(guān)系式的具體形式，根據(jù)所測(cè)的數(shù)據(jù)，求出準(zhǔn)則數(shù)： 式中，Pr、為空氣的物性參數(shù)，由定性溫度tm從教科書中查出。，d為定型尺寸,取管外徑,。為橫管平均壁溫，取各測(cè)點(diǎn)溫度平均值，即。測(cè)出穩(wěn)定狀態(tài)下四根橫管的管壁溫度、加熱功率和空氣溫度，即可求得4組Nu、 GrPr數(shù)，把4組數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)繪在直角坐標(biāo)紙上,得到以lnNu為縱坐標(biāo)，以ln(GrPr)為橫坐標(biāo)的一系列點(diǎn)，畫一條直線，使大多數(shù)點(diǎn)落在這條直線上或周圍，根據(jù)： ,這條直線的斜率即為n，截距為lnC。因此可以求出常數(shù)C和n。三、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量?jī)x表實(shí)驗(yàn)裝置有實(shí)驗(yàn)管(四種類型)，支架、測(cè)量?jī)x表電控箱等組成。(見(jiàn)簡(jiǎn)圖)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)管內(nèi)有加熱絲，通一恒定電流可加熱，產(chǎn)生的熱量通過(guò)自然對(duì)流傳熱、輻射傳熱和軸向?qū)嵯蛑車鷤鬟f，由于管長(zhǎng)徑比較大，軸向?qū)峥珊雎圆挥?jì)，只考慮自然對(duì)流傳熱、輻射傳熱，為了減少輻射傳熱量，管壁采用電鍍，使其黑度系數(shù)減小，輻射傳熱量的比例減小，在總加熱功率中減掉輻射傳熱量，則是自然對(duì)流傳熱量。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，管壁溫度趨于穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)管上有熱電偶安裝在管壁上，可以測(cè)出出管壁的溫度，由安裝在電控箱上的測(cè)溫?cái)?shù)顯表通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)讀取溫度值。電加熱功率則可用數(shù)顯電壓表、電流表讀取，并計(jì)算出加熱功率。四、實(shí)驗(yàn)步驟1熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的組成、各部分的作用、測(cè)量線路和加熱線路。2實(shí)驗(yàn)裝置已提前加熱基本趨于穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)時(shí)不要調(diào)節(jié)加熱電壓。3開(kāi)始測(cè)量各參數(shù)。管壁溫度通過(guò)數(shù)顯儀表和按鍵開(kāi)關(guān)依此測(cè)量，其中1#、2# 管有6個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，3#、4# 管有4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)， 室內(nèi)空氣溫度用數(shù)顯溫度計(jì)測(cè)量，加熱電流和加熱電壓直接從數(shù)顯儀表上讀取。4間隔20分鐘再測(cè)一次，若兩次數(shù)據(jù)誤差小于1%，則說(shuō)明達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即不再測(cè)量。用最后一次測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。若誤差較大，可過(guò)20分鐘再測(cè)一次。5測(cè)量完結(jié)束實(shí)驗(yàn)，但不要關(guān)閉電源，以備后面的同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。6測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表按表測(cè)量管壁溫度tw1,Tw2,tw3twn室內(nèi)空氣溫度t、電流I、電壓V。記錄在表中。表2-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表管號(hào)測(cè)量次數(shù)管壁各點(diǎn)溫度twi（）空氣溫度t平均壁溫tw加熱電流I（A）加熱電壓V（V）tw1tw2tw3tw4tw5tw61#176.584.878.870.190.776.63679.61.361276.885.479.571.290.977.03680.11.3612#1108.7109.997.5104.3109.0118.136107.91.12632108.1110.497.9105.4110.5119.136108.571.12633#153.554.155.957.33655.20.2422253.954.656.257.53655.550.24224#193.5104.3104.5121.936106.050.58686.2293.8104.9104.8121.736106.30.58586.1五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1已知數(shù)據(jù)管號(hào)管徑d(m)管長(zhǎng)l(m)黑度1#0.081.60.112#0.061.20.153#0.040.80.154#0.020.50.152數(shù)據(jù)處理(1) 計(jì)算加熱的熱量=IV（W)、平均壁溫、定性溫度，定性溫度取管壁溫度和空氣溫度的平均值。 用第一組數(shù)據(jù)處理，以1#第1次測(cè)量數(shù)據(jù)為例計(jì)算：同理可計(jì)算的其他三組數(shù)據(jù)，整理結(jié)果如下表2-2所示：表2-2管號(hào)/Wtw/tm/t/1#79.379.657.843.62#57.8107.971.9571.93#5.2855.245.619.24#50.51106.0571.0370.05(2) 計(jì)算自然對(duì)流傳熱系數(shù)以1#管為例計(jì)算：1#管表面積 =3.09w/(m)同理可計(jì)算其他三組數(shù)據(jù)，整理結(jié)果如下表2-3所示：表2-3管號(hào)/w管徑d/m管長(zhǎng)l(m)表面積A/m/黑度h1#79.30.081.60.4019279.6360.113.622#57.80.061.20.22608107.9360.152.143#5.280.040.80.1004855.2360.151.634#50.510.020.50.0314106.05360.1521.56(3) 查出物性參數(shù)在教科書的附錄中查得空氣的導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、運(yùn)動(dòng)粘度和普朗特?cái)?shù)Pr。上述物性參數(shù)由定性溫度查出，整理結(jié)果如下表2-4所示：其中將空氣視為理想氣體，熱膨脹系數(shù)表2-4管號(hào)/1#79.63.050.00283521.090.6922#107.93.250.00262424.130.6873#55.22.870.00304618.460.6974#106.053.240.00263724.120.687(4) 整理準(zhǔn)則方程四根管的數(shù)據(jù)代入準(zhǔn)則方程，可求出四組Nu、GrPr的數(shù)值，取對(duì)數(shù)后繪在直角坐標(biāo)紙上，以lnNu為縱坐標(biāo),ln(GrPr)為橫坐標(biāo)。把數(shù)據(jù)點(diǎn)連成一條最佳的直線，求出直線的斜率n和截距l(xiāng)nC，再反求出C。即可求出準(zhǔn)則方程式：以1#管數(shù)據(jù)為例計(jì)算:同理可計(jì)算其它三組數(shù)據(jù)，整理結(jié)果如下表2-5所示：表2-5管號(hào)1#9.50 13.94 0.6929.65 2.251 13.78 2#5.27 16.25 0.68711.16 1.662 13.93 3#4.55 8.61 0.6976.00 1.515 13.30 4#53.26 15.93 0.68710.94 3.975 13.91 以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線如下：(舍掉最后一組數(shù)據(jù))易得n=0.55, LnC=-5.712 故準(zhǔn)則方程式為 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通