橫管自由流動(dòng)換熱系數(shù)測(cè)定

PAGEPAGE31橫管自由流動(dòng)換熱系數(shù)測(cè)定一、目的利用多根尺寸不同的橫管，測(cè)定這些橫管對(duì)周圍空氣在自由流動(dòng)情況下的對(duì)流放熱系數(shù)c，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理成準(zhǔn)則關(guān)系式，以便將實(shí)驗(yàn)結(jié)果擴(kuò)大其應(yīng)用范圍二、原理?yè)Q熱設(shè)備中自由流動(dòng)放熱的經(jīng)驗(yàn)公式，可以根據(jù)相似原理通過模型試驗(yàn)綜合得出。所謂模型試驗(yàn)就是用縮小的模型觀察換熱設(shè)備中的換熱規(guī)律，這要求模型與原型（指工業(yè)應(yīng)用的換熱設(shè)備）之間保持幾何相似、流動(dòng)相似和換熱相似。根據(jù)相似理論，流體在自由流動(dòng)情況下的對(duì)流放熱規(guī)律可以整理成下列的準(zhǔn)則關(guān)系式：如果取流體邊界層中的平均溫度作為定性溫度。這里為換熱表面的溫度，為邊界層以外流體的溫度。則可以用下列準(zhǔn)則關(guān)系式來表達(dá)水平橫管時(shí)流體自由流動(dòng)放熱規(guī)律：（1）如管表面具有均勻的溫度，而遠(yuǎn)離橫管的空氣溫度為，根據(jù)牛頓冷卻公式，在穩(wěn)定傳熱情況下，橫管外表面?zhèn)鹘o空氣的熱量為若考慮橫管外表面對(duì)四周環(huán)境也進(jìn)行輻射放熱，那么橫管表面?zhèn)鞒龅臒崃縌必然是對(duì)流放熱Qc和輻射放熱QR二者只總和，即式中為黑體的輻射放熱系數(shù)，其值為5.67×10-8W/m2K4；為橫管外表面的黑度，由表面材料確定，銅管外表面涂鉻時(shí)可為已知值；c為待定的對(duì)流放熱系數(shù)。如果在試驗(yàn)中能夠測(cè)定圓管的表面溫度，空氣溫度，以及橫管表面所散出的熱量，則對(duì)流放熱系數(shù)c就可以用下列公式求出：在不同的溫差下，可以求得得不同數(shù)值。根據(jù)定性溫度，可以把這些整理成多個(gè)無因次數(shù)值，和。這里，；數(shù)可以按的值從空氣的物性參數(shù)表查得。有了這些準(zhǔn)則數(shù)就可將這些數(shù)據(jù)按線性回歸法整理成式形式的經(jīng)驗(yàn)公式。三、模型試驗(yàn)裝置本模擬試驗(yàn)數(shù)由四根直徑各不相同的紫銅管組成，這些橫管的外表面都電鍍一層鉻，使得各根橫管都具有相同的黑度。四根橫管都并列地放置在高支架上，每根橫管的管內(nèi)部各裝一個(gè)電加熱器，每個(gè)電加熱器都從測(cè)試段軸頭出量測(cè)加熱器的電壓，從而盡可能地消除橫管的端部熱損失。加熱器所消耗的功率的大小，可用自耦式調(diào)壓變壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出的功率通過裝在電加熱器電源上的電壓表和電流表讀出，并由變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。橫管的外表面上焊有6對(duì)熱電偶，用來測(cè)定橫管外表面的溫度。通過變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然后通過加權(quán)平均取得橫管外表面的溫度。橫管的一端應(yīng)開一小孔，以防止加熱過程中管內(nèi)空氣的增壓。此外應(yīng)另備一支以測(cè)量空氣的溫度的熱電偶。也通過變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這一模型試驗(yàn)裝置有四根橫管，四根橫管均安裝在一個(gè)專用房間中，在試驗(yàn)進(jìn)行期間，實(shí)驗(yàn)測(cè)試人員不宜進(jìn)入此房間，以免破壞橫管附近空的正常自由流動(dòng)，測(cè)試儀表均設(shè)置在鄰室中，測(cè)試工作也在鄰室中進(jìn)行。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.四根橫管分別處于四種不同的溫度狀態(tài)下，閉合電閘開始加熱，并調(diào)節(jié)所需的功率，并用調(diào)壓變壓器或?qū)Ω鞲鶛M管調(diào)整到各不相同的功率，使得橫管計(jì)算結(jié)果匯總表管號(hào)lglg12342.用線性回歸分析法求得自由對(duì)流換熱經(jīng)驗(yàn)公式由于式（1）是一個(gè)曲線方程，對(duì)此式左右兩邊取常用對(duì)數(shù)。則可以使曲線方程直線化，式為：上式與一般的線性方程y＝nx+C完全一致。線形回歸法基本上就是最小二乘法，它可以不借助于圖解，完全用計(jì)算的方法，將準(zhǔn)則關(guān)系式（1）中的未知數(shù)C和n確定下來，并能使所得的常數(shù)充分反映原有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度。用最小二乘法算出的一條直線，在此直線上的各點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的偏離是一切直線中具有“最小偏差”的一條直線。線形回歸方程的具體計(jì)算通?？梢杂昧斜淼姆椒ㄟM(jìn)行，如下表所示。線形回歸方程方程計(jì)算表一管號(hào)x＝lgy＝lgx2y2xy1234N＝4線形回歸方程方程計(jì)算表二計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果IxxIyyIxynC當(dāng)常數(shù)n和C算出以后，對(duì)比下列（a）（b）兩個(gè)線性方程y=nx+C(a)(b)則不難得出最后可以得出具體的回歸方程（即準(zhǔn)則方程式）為：七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖；2.實(shí)驗(yàn)記錄；3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理；4.試回答和討論下列一些問題：（1）本實(shí)驗(yàn)如不采用線形回歸法處理數(shù)據(jù)是否可以用圖解法求出準(zhǔn)則關(guān)系式？（2）如果有一根