空氣縱掠平板對流換熱系數(shù)測試實驗

1、空氣縱掠平板對流換熱系數(shù)測試實驗實驗目的：通過實驗測定空氣掠過平板受迫運動時的換熱系數(shù)h;將測定的換熱系數(shù)h與文獻給出的實驗準則關(guān)系式進行比較，加深對相似理論的理解;了解實驗裝置的特點，掌握壁面溫度的測定方法；掌握風速及微小壓力的測量方法。實驗原理：根據(jù)相似原理分析，空氣掠過平板受迫運動的放熱過程，可用下列準則關(guān)系式來描述:Nu = f (Re,Pr)對于空氣Pr = const，所以(1)式可簡化為：Nu = f (Re)(2)為了具體確定上述關(guān)系式的函數(shù)形式，根據(jù)相似原理，在實驗中測定準則中包含的所有 物理量，這些物理量大體上可分為三類：1.換熱系數(shù)h:h =A(t -1 )(W/m2.C

2、) (3)w f式中：中c 一平板與周圍空氣的對流換熱量(本實驗平板為雙面換熱)，W；A 一平板換熱面積(b X L X 2)，m2；b 一平板寬度，b = 190 mm；L 一 平板長度，L = 280 mm；tw、f 一分別為平板表面平均溫度和遠離平板的空氣平均溫度，C；如果考慮平板與周圍物體進行輻射換熱，則平板內(nèi)電加熱器實際傳出的熱量為:中二中+中中=e Cof乙14100 )-f 二4100 )(4)式中：C0 黑體輻射系數(shù)，C0 = 5.67 W / m2.K4； 一平板材料的黑度，材料為銅 = 0.25，Tw、Tf 一分別為平板表面平均溫度和遠離平板的空氣平均溫度，K。若tw不是很

3、高，中所占比份很小，在計算h時可以略去輻射換熱的影響。2.物性參數(shù)的確定:對于給定的空氣其物性參數(shù)取決于氣體狀態(tài)，根據(jù)熱力學得知空氣狀態(tài)取決于壓力P和 溫度，對于空氣掠過平板受迫運動對流傳熱，壓力為大氣壓力，而，則是變化的，確定物 性參數(shù)將用空氣的平均溫度tf作為定性溫度。3.定型尺寸：取空氣沿平板流動方向的長度L為定型尺寸。綜上所述，本實驗中所要測定的量為：平板電加熱器的熱量，平板外表面溫度匕， 空氣溫度勺，空氣掠過平板的風速V，平板尺寸b、L。實驗裝置：實驗裝置組成部分如圖1所示。圖1實驗裝置1.風管集流器2.畢托管3.實驗風道工作段4.實驗平板5,風道6,均流7,風機8,電機9,控制箱此

4、裝置為開式吸氣風道，實驗所測試的平板4水平放置在工作段風道中央，空氣掠過平 板的風速在風道進口穩(wěn)定段中測量，畢托管2裝在進口穩(wěn)定段中所示位置，空氣經(jīng)設置在尾 部穩(wěn)定段的均流柵整流后通過風機排至大氣，風速調(diào)節(jié)通過風機上的閥門控制空氣的流量實 現(xiàn)?？刂葡鋬?nèi)有穩(wěn)壓器可以穩(wěn)定輸入電壓，使平板電加熱器的熱量保持穩(wěn)定，并設置電壓調(diào) 節(jié)裝置用以改變加熱電壓從而改變平板壁面溫度，平板中所設熱電偶的測定溫度及電加熱器 的電壓和電流（采用電壓、電流互感器），畢托管所測空氣掠過平板的動壓Pd，空氣溫度f 均由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，經(jīng)10位A/D、D/A等轉(zhuǎn)換處理后，所有數(shù)據(jù)由液晶屏全屏顯示。圖2為平板加熱構(gòu)造示意圖，平

5、板內(nèi)部由電阻絲4均勻地繞在絕緣板5上，為防止漏電 平板與電阻絲之間加一層云母薄片3,平板的外表面溫度是將多只熱電偶經(jīng)細孔從平板內(nèi)部 開槽敷設后由平板側(cè)向引出的。圖2平板結(jié)構(gòu)示意圖1.平板 2.熱電偶 3.云母層 4.電加熱絲 5.絕緣板實驗步驟：連接、檢查各電路、氣路是否處于正確狀態(tài)，然后開啟交流穩(wěn)壓電源。啟動風機，調(diào)整風量至實驗所需的風速。打開控制箱開關(guān)電源，調(diào)節(jié)“電壓旋鈕”至實驗所需的加熱電壓(注意勿使平板過熱)。測定平板上各點的溫度值，待各溫度值達到穩(wěn)定后，記錄各點溫度數(shù)值(相隔10分鐘 左右)及電加熱器功率、空氣溫度、畢托管動壓值，讀取56組數(shù)據(jù)，各組數(shù)據(jù)對應點溫度 誤差W0.FC時即認為穩(wěn)定，把符合誤差范圍內(nèi)的幾組對應數(shù)據(jù)平均值進行數(shù)據(jù)處理。實驗完成后先關(guān)閉平板電加熱器的電源，然后再將風機關(guān)掉，并整理好其它所用儀器。實驗數(shù)據(jù)處理：壁面平均溫度t : w2.求風速v :m/s式中：v 掠過平板的風速，m/s；Pd 一空氣掠過平板的動壓，Pa；P 空氣密度kg / m3。3.換熱系數(shù)h