實(shí)驗(yàn)三空氣縱掠平板時(shí)局部換熱系數(shù)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)三空氣縱掠平板時(shí)局部換熱系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的原理，測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)試方法。2、經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，認(rèn)識(shí)沿平板局部換熱系數(shù)的變化規(guī)律。3、解析換熱系數(shù)變化的原因，以加深對(duì)對(duì)流換熱的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理逼迫對(duì)流換熱是工程實(shí)質(zhì)中最常遇到的傳熱學(xué)問題，有著廣泛的應(yīng)用。并且，逼迫對(duì)流換熱系數(shù)是設(shè)備換熱效率的重要指標(biāo)，因此，測(cè)定對(duì)流換熱系數(shù)有著工程實(shí)質(zhì)意義?！盁釋?duì)流”是指流體中溫度不同樣的各部分相互混雜的宏觀運(yùn)動(dòng)所引起的熱量傳達(dá)現(xiàn)象。由于引起流體宏觀運(yùn)動(dòng)的原因不同樣，能夠區(qū)分為自然對(duì)流換熱和逼迫對(duì)流換熱。嚴(yán)格地說，強(qiáng)制對(duì)流換熱中不能夠消除自然對(duì)流換熱的作用，可是因?yàn)樗挠绊戇h(yuǎn)小于前者而不予考慮。流體縱掠平板是對(duì)流換熱中最典型的問題，本實(shí)驗(yàn)經(jīng)過測(cè)定空氣縱掠平板時(shí)的局部換熱系數(shù)，掌握對(duì)流換熱的基本看法和規(guī)律。局部換熱系數(shù)α由下式定義：qW/（m2/·℃）(ttf)其中：q—物體表面某處的熱流密度W/m2t—相應(yīng)點(diǎn)的表面溫度℃tf—?dú)饬鞯臏囟取?-風(fēng)道2-平板3-不銹鋼片4-熱電偶5-電源導(dǎo)板6-熱電偶換接件圖3-1試驗(yàn)裝置本試驗(yàn)裝置上所用試件是一平板，縱向插入一風(fēng)道中，板表面包履一簿層金屬片，利用電流流過金屬片對(duì)其加熱，能夠認(rèn)為金屬片表面擁有恒定的熱流密度。測(cè)定流過金屬片的電流和其上的電壓降即可正確地確定表面的熱流密度。表面溫度的變化直接反響出表面換熱系數(shù)的大小。三、試驗(yàn)裝置及測(cè)量系統(tǒng)圖3-1為試驗(yàn)段簡(jiǎn)圖，試驗(yàn)段從風(fēng)道1中間插入一可滑動(dòng)的板2，板表面包一層金屬片3，金屬片內(nèi)表面設(shè)有熱電偶4，沿縱向軸向不平均地部署22對(duì)熱電偶，它們經(jīng)過熱電偶接插件6與測(cè)溫電位差計(jì)相聯(lián)，片3的兩端經(jīng)電源導(dǎo)板與低壓直流電源聯(lián)系。圖3-2為試驗(yàn)裝置的原理圖，整流電源1供應(yīng)低壓直流大電流，電流經(jīng)過串通在電路中的標(biāo)準(zhǔn)電阻5上的電壓降來測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)電阻5就安裝在整流電源1內(nèi)，其兩端的輸出線已連接好，電壓降的大小用電位差計(jì)測(cè)量。片3兩端的電壓降亦用電位差計(jì)測(cè)量。為簡(jiǎn)化測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量平板壁溫t的熱電偶參照溫度不用攝氏零度，而用冷空氣流的溫度tf，即其熱端6設(shè)在板內(nèi)，冷端7則放在風(fēng)道氣流中，因此熱電偶反響的為溫差t―tf的熱電勢(shì)E（t―tf）。為了能用一臺(tái)電位差計(jì)測(cè)量熱電偶毫伏值，標(biāo)準(zhǔn)電阻5上的電壓降及片3兩端的電壓降，所測(cè)信號(hào)經(jīng)過一變換開關(guān)再接入電位差計(jì)，在測(cè)量片兩端電壓降時(shí)，電路中接入一分壓箱8（分壓箱8就安裝在變換開關(guān)內(nèi)）。用畢托管12經(jīng)過傾斜式微壓計(jì)11測(cè)量掠過平板的氣流動(dòng)壓，以確定空氣流速。1、低壓直流電源2、風(fēng)源3、試驗(yàn)段風(fēng)道4、平板試件5、標(biāo)準(zhǔn)電阻6、熱電偶熱端7、熱電偶冷端8、分壓箱9、變換開關(guān)10、電位差計(jì)11、微壓計(jì)12、畢托管圖3-2空氣縱掠平板時(shí)局部換熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置及測(cè)量系統(tǒng)四、試驗(yàn)步驟1、將整流電源1的輸出線按正負(fù)極要求連接到平板試件3的結(jié)線端子上，用二條導(dǎo)線將平板試件3的結(jié)線端子連接到變換開關(guān)第一對(duì)輸入端子上，用以測(cè)量平板試件3兩端的電壓降。2、將標(biāo)準(zhǔn)電阻5兩端的輸出線連接到變換開關(guān)第二對(duì)輸入端子上，用以測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻5兩端的電壓降。3、將熱電偶的熱端（即接插件）和冷端按接線圖要求連接到變換開關(guān)第三對(duì)輸入端子上，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)接插件旋鈕，用以測(cè)量22對(duì)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)。4、用導(dǎo)線將變換開關(guān)的輸出端子與電位差計(jì)未知端子相連接，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換開關(guān)旋鈕，分別測(cè)量平板試件3兩端的電壓降；標(biāo)準(zhǔn)電阻5兩端的電壓降；22對(duì)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)。5、調(diào)治檢流計(jì)上的調(diào)零裝置將檢流計(jì)的指針調(diào)在零地址，打開電位差計(jì)電源開關(guān)，根據(jù)電壓降的大小選擇合適的倍率。第一旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，使檢流計(jì)的指針指在零地址；再將電鍵開關(guān)“K”扳向標(biāo)準(zhǔn)地址，旋轉(zhuǎn)電流調(diào)治RP旋鈕，使檢流計(jì)的指針指在零地址；再將電鍵開關(guān)“K”扳向未知地址，旋轉(zhuǎn)二個(gè)測(cè)量盤使檢流計(jì)的指針再次指在零地址。二個(gè)測(cè)量盤讀數(shù)之和乘上使用倍率，等于被測(cè)量的電壓（電動(dòng)勢(shì)）值。測(cè)量達(dá)成，倍率開關(guān)應(yīng)放在“斷”地址，電鍵開關(guān)“K”應(yīng)放在中間地址。6、用乳膠管將畢托管全壓管（既長(zhǎng)尾巴管）與傾斜式微壓計(jì)“＋”極相連接，畢托管靜壓管（即尾巴管）與傾斜式微壓計(jì)“－”極相連接。調(diào)整畢托管使全壓測(cè)孔必然要正對(duì)著氣流方向。依照測(cè)量壓力的大小把傾斜式微壓計(jì)斜管固定到某一倍率上，底盤上的調(diào)治選鈕，使水平泡處于正中地址，把開關(guān)扳向校準(zhǔn)地址，

調(diào)整傾斜式微壓計(jì)左右旋轉(zhuǎn)頂帽把管內(nèi)酒精柱調(diào)到零或某一整數(shù)，再把開關(guān)扳向測(cè)壓地址。傾斜式微壓計(jì)就可以測(cè)量壓力了。7、關(guān)閉風(fēng)門，接通風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，待電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)牢固后，再將風(fēng)門調(diào)到所需開度。8、將平板放在合適地址上，整流電源調(diào)治手柄旋轉(zhuǎn)至最小地址。再接通整流電源，并漸漸提高輸出電壓（調(diào)治手柄旋轉(zhuǎn)至所需地址），對(duì)平板緩慢加熱，控制片溫在80℃以下，可用手撫摸至無法忍受時(shí)為止。9、待熱牢固后開始測(cè)量，從板前緣開始按熱電偶編號(hào)，用電位差計(jì)測(cè)出其溫差電勢(shì)E(t-tf)，測(cè)量過程中，加熱電流、電壓及氣流動(dòng)壓變動(dòng)較小，可選擇在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的開始、中間、結(jié)束三個(gè)時(shí)間段測(cè)量三組數(shù)據(jù)取平均值；實(shí)驗(yàn)開始和實(shí)驗(yàn)結(jié)束各測(cè)一次室溫，取其平均值作為室溫。10、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先將整流電源調(diào)治手柄旋轉(zhuǎn)至最小使輸出電壓為零，再關(guān)閉整流電源。關(guān)閉電位差計(jì)電源。待風(fēng)機(jī)將平板吹冷后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源。最后再整理實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、基本參數(shù)及有關(guān)計(jì)算公式板長(zhǎng)L=0.33m板寬B=80×10-3m金屬片寬b=65×10-3m?金屬片厚δ=1×10-3m金屬片總長(zhǎng)l=2L=0.66m熱電偶編號(hào)1234567891011離板前緣距離Xmm002.557.51015202532.540熱電偶編號(hào)1213141516171819202122離板前緣距離Xmm506075901101301601902202603001、金屬片壁溫t：所用測(cè)溫?zé)犭娕紴橐豢点~，以室溫作為參照溫度時(shí)，熱端溫度在50~80℃范圍內(nèi)變化時(shí)，熱端冷端每1度溫差產(chǎn)生的熱電勢(shì)輸出可近似為0.043mv，因此測(cè)得反響溫差(t―tf)的熱電勢(shì)E(t―tf)mv，即可求出溫差，即(t―tf)=E(t―tf)/0.043℃。2、流過金屬片的電流I：標(biāo)準(zhǔn)電阻為150A/75mv，因此測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)電阻上每1mv電壓降等于2A電流流過，即I=2×V1A其中：V1—標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓降mv3、金屬片兩端的電壓降V：2-3VV=T×V×10其中：T=201—分壓箱倍率V2—經(jīng)分壓箱后測(cè)得的電壓降mv4、空氣流過平板的速度u：由畢托管測(cè)得氣流動(dòng)壓頭h,mmH2O柱，可按下式計(jì)算速度u29.81m/s其中：—空氣密度kg/m3h5、局部對(duì)流換熱系數(shù)αx在以下假設(shè)下：①電熱功率平均分布在整個(gè)片表面②不計(jì)片向外界輻射散熱的影響③忽略片縱導(dǎo)游熱的影響局部對(duì)流換熱系數(shù)αx可按下式計(jì)算：VIx2Lb(ttf)6、局部努謝特?cái)?shù)Nux與雷諾數(shù)Rex其中：X—離平板前緣的距離mλ—空氣的導(dǎo)熱系數(shù)W/(m℃)γ—空氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)m2/s用來流與壁溫的平均值作為定性溫度，即ttf;2式中：tmax和tmin為平板上壁溫的最大值和最小值。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、箱式風(fēng)源：禁止人員試驗(yàn)時(shí)在風(fēng)口處走動(dòng)。

W/（m2℃）tmaxtmint22、硅整流電源：?jiǎn)?dòng)電源從前先將電源調(diào)治手柄旋至零位，使之進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。3、接線：電源、測(cè)量系統(tǒng)上都標(biāo)有正、負(fù)標(biāo)記（紅為正;黑為負(fù)），注意不要接錯(cuò)。4、變換開關(guān)：變換開關(guān)上共有5檔①（標(biāo)記V）為測(cè)量工作電壓之用②（標(biāo)記A）為測(cè)量工作電流之用③、④、⑤（標(biāo)記mv）為測(cè)量溫差電勢(shì)之用5、畢托管：畢托管安裝時(shí)注意其垂直度，尾部長(zhǎng)管測(cè)全壓，短管測(cè)靜壓。6、平板試驗(yàn)件：①工作電源：平板試件最大贊同工作電流：Imax≤29（A）②冷端：冷端接線如上圖所示：7、啟動(dòng)序次：?jiǎn)?dòng)和停止工作時(shí)必定注意操作序次，按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將硅整流電源調(diào)節(jié)手柄恢復(fù)到零位，先關(guān)掉硅整流電源，再將風(fēng)機(jī)門開到最大地址，等加熱件冷卻下來后再把風(fēng)機(jī)關(guān)掉。七、實(shí)驗(yàn)要求1、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，編制數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算用的表格。1）、金屬片兩端電壓降V2：——————、————————、————————0.2mv2）、標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓降V1：——————、————————、————————0.2mv3）、空氣動(dòng)壓頭（h）：——————、————————、————————0.40.8mmH2O4）室溫（tf）：——————、————————℃5）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)