實(shí)驗(yàn)十三具有對(duì)流換熱條件的伸展體傳熱特性試1

1、實(shí)驗(yàn)十三具有對(duì)流換熱條件的伸展體傳熱特性試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求目的：通過(guò)實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，深入了解伸展體傳熱的特性，并掌握求解具 有對(duì)流換熱條件的伸展體傳熱特性的方法。要求：1、測(cè)出一定條件下，導(dǎo)體內(nèi)不同截面的過(guò)余溫度值；2、用測(cè)得的不同X位置過(guò)余溫度 數(shù)據(jù)，求實(shí)驗(yàn)條件下的 m值及 值;3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，求得的m值，用分析公式計(jì)算過(guò)余溫度分布，過(guò)余溫度 最低值處的位置及其值，并于實(shí)測(cè)結(jié)果比較。、實(shí)驗(yàn)原理具有對(duì)流換熱的等截面伸展體,當(dāng)長(zhǎng)度與橫截面之比很大時(shí)（常物性），其導(dǎo)熱微分方程式為:式中:d2dx2m20過(guò)余溫度=t-tf （°C）；mt伸展體溫度（C）； tf伸展體周?chē)橘|(zhì)

2、的溫度（C）;空氣對(duì)壁面的換熱系數(shù)（W/m2? C）；U伸展體周長(zhǎng)，本試驗(yàn)中 U= n do （ m）；嚴(yán)2伸展體截面積，本試驗(yàn)中fdi2)(m2)；導(dǎo)熱微分方程式匚m20的通解為:dxmxcemxc?e或:AQmx) A2sh(mx)(1)(2)C1，C2，A1*2可由邊界條件確定二端為第一類(lèi)邊界條件時(shí)X=LX=0代入（2）A1ch(0) A2sh(0)A-i1AiCh(mL)A2sh(mL)A221ch(mL)sh(mL)得:則:d dx1ch(mx)1sh(mL) I1sh(mL)ddx1Ch(mL)Sh(mx)2Sh(mL)1ch(mx)sh(mL)ishm(L x)1ch(mL)sh

3、( mx)2sh( mx)2sh( mx)m 2ch(mx)1chm(L x)sh(mL)21ch(mL)ddx2ch(mL)1(3)(4)(5)(6)過(guò)余溫度B最低點(diǎn)的位置Xmin由0求得;dx(4)中：0sh(mL)d dx2ch(mx) 1chm(Lx)chm(L x)ch(mx)ch(mL) ? ch(mx)sh(mL) ? sh(mx)ch(mx)由此得到th(mx)ch(mL)sh(mL)得： Xmin= 1 arcthm1sh(mL)(7)X=0處導(dǎo)熱量fddx21ch(mL)(8)X=L處導(dǎo)熱量fddx2ch(mL) 1 (9)伸展體總散熱量1ch(mL) 12【ch(mL)

4、1(10)12)ch(mL)1由中點(diǎn)及二端的過(guò)余溫度即： X=0L/2X=L可求得對(duì)應(yīng)于伸展體工作條件下的m值，利用（3）式L/2msh(mL)1ch(mL/2)2sh(mL/2)(11)sh(mL)因：sh(m ?2m?-22sh(m ?L)ch(m ? L)2 2則（11）式成為:1 2L/22ch(mL/2)2 arcchL1 22 L /2三、實(shí)驗(yàn)儀器風(fēng)道、風(fēng)機(jī)、試驗(yàn)元件、主付加熱器、測(cè)溫?zé)犭娕嫉取Ｔ斠?jiàn)裝置系統(tǒng)圖如下圖1實(shí)驗(yàn)裝置的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1、風(fēng)機(jī) 2、風(fēng)道3、等截面伸展體4、主加熱器5、測(cè)溫?zé)犭娕?、付加熱 器7、熱電偶拉桿及標(biāo)尺 &熱電偶冷端9、電位差計(jì)10、電壓表11、風(fēng)機(jī)

5、轉(zhuǎn) 換開(kāi)關(guān)12調(diào)壓變壓器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟試件是一紫銅管，放置在一風(fēng)道中，由風(fēng)機(jī)和風(fēng)道造成空氣均勻橫向流過(guò)管 子表面的對(duì)流換熱條件，管子表面各處的換熱系數(shù)基本上相同，管子兩端有加熱 器，以維持兩端處于所要求的溫度狀況， 這樣就構(gòu)成兩端處于某溫度下，中間具 有對(duì)流換熱條件的等截面伸展體。為了測(cè)量銅管沿長(zhǎng)度方向的溫度分布，在管內(nèi)安裝有可移動(dòng)的熱電偶測(cè)溫 頭，其冷端就放置在空氣中，這樣通過(guò) UJ-36電位差計(jì)測(cè)出的熱電勢(shì)，就放映了 管子各截面的過(guò)余溫度，其相應(yīng)的位置由帶動(dòng)熱電偶測(cè)溫頭的滑動(dòng)塊在標(biāo)尺上讀 出。管子兩端的加熱器，通過(guò)調(diào)壓器來(lái)控制其功率，以達(dá)到控制兩端溫度的目的。為了改變空氣對(duì)管壁的換熱條

6、件，風(fēng)機(jī)的工作電壓亦相應(yīng)的可做調(diào)整，以改 變空氣流過(guò)管子表面的速度。試件的基本參數(shù)：管子長(zhǎng)度L=200mm管子的導(dǎo)熱系數(shù) 入=398w/m? °C、檢查并熟悉實(shí)驗(yàn)裝置的各部分，要求掌握 UJ-36電位差計(jì)的使用方法。、先開(kāi)風(fēng)機(jī)。然后調(diào)整主付加熱器的變壓器，使其在某功率下工作(注意: 加熱器電壓不得超過(guò)125V，否則會(huì)將設(shè)備燒壞)。、待加熱器溫度穩(wěn)定后，在逐點(diǎn)測(cè)量沿X方向不同位置處的電勢(shì)值，測(cè)溫頭每移動(dòng)一個(gè)位置，都要待溫度穩(wěn)定后再讀數(shù)。然后將數(shù)據(jù)填入表1。、實(shí)驗(yàn)完畢后，先將主付加熱器的變壓器調(diào)回“ 0”位，然后再關(guān)風(fēng)機(jī)。表1實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量點(diǎn)12345678910坐標(biāo)位置x(mm)02

7、0406080100120140160170熱電勢(shì)(mV)過(guò)余溫度(C)注：測(cè)溫頭所采用的為銅一一康銅熱電偶，當(dāng)熱端溫度在150C以下時(shí)，其熱電勢(shì)輸出近似為0.040mV/C，而這對(duì)本實(shí)驗(yàn)已足夠準(zhǔn)確。五、數(shù)據(jù)處理與分析由式(3)可知所得的過(guò)余溫度分布與某一 m值對(duì)應(yīng)。由于試驗(yàn)件的u、f、是定值，因此，過(guò)余溫度分布也就是與試驗(yàn)條件中的換熱系數(shù)對(duì)應(yīng)。如何由試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得所對(duì)應(yīng)的 m值？可采用任選三點(diǎn)a，b，c，符合Xa<Xb<Xc1Xb Xa 2 Xc Xa，即b為a，c的中點(diǎn)。1 a則可用2 a1L b2L= Xc-Xa代入下式求得m值arcch LL/2將選取不同的a, b, c三點(diǎn)

8、及算出的m、值列入表2表2試點(diǎn)值L(m)L/2C)2( C)m(1/m)(w/m2 C)1、4、70.122、5、80.123、6、90.12認(rèn)為沿管長(zhǎng)換熱系數(shù)相等，因此，可取m、的平均值，用公式計(jì)算坐標(biāo)X=0到X=0.17各點(diǎn)的過(guò)余溫度值列入表3。由式(7)可計(jì)算過(guò)余溫度最低點(diǎn)的位置Xmin，并將其代入式(3)即可求過(guò)余溫度最低值min。同時(shí)按式(8)、(9)、(10)可分別計(jì)算管內(nèi)兩端的傳熱量及總傳熱量。表3x(mm)020406080100120140160170(C)將實(shí)驗(yàn)值所測(cè)與理論計(jì)算的各點(diǎn)的過(guò)余溫度繪入下圖C0 '14013012011010090807060 -50 -40 I |ill020406080100 120140160180X(mm)六、