1、中国石油大学传热学实验报告实验日期： 2012-6-4 班级：石工 09-10 成绩： 教师： 学号：09021452 姓名：任婷 同组者：周霞、栾婷婷实验二 横管自然对流传热规律实验研究一、实验目的1了解空气沿横管表面自然对流传热规律的实验研究方法，巩固课堂上学过的传热学知识。2测定横管的自然对流传热系数 h。3通过数据处理，整理出自然对流传热准则方程式。二、实验原理对横管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量为总热量与辐射热换量之差，即： rc, )(thAwc, 44010TACwrIV (W) 4401)()()( TttIVttAh wwwrw式中： 一加热
2、功率,W；r一辐射换热量,W；c一对流换热量,W；一管表面黑度；0C一黑体的辐射系数； 67.50C（W/m2K4）wt一管壁平均温度, ；一室内空气温度,；A 一管表面积，m2；h 一自然对流传热系数,W/(m2)；根据相似理论，对于自然对流传热，努谢尔特数 Nu 是葛拉晓夫数 Gr、普朗特数 Pr的函数，可表示成： nGrCNuP)(其中 C、n 是通过实验所确定的常数。为了确定上述关系式的具体形式，根据所测的数据，求出准则数： hdNu23tdgGr式中，Pr、 为空气的物性参数，由定性温度 tm 从教科书中查出。2ttwm， d 为定型尺寸,取管外径, ttw。 为横管平均壁温，取各测
3、点温度平均值，即 ntt21。测出稳定状态下四根横管的管壁温度、加热功率和空气温度，即可求得 4 组 Nu、 GrPr 数，把 4 组数据取对数绘在直角坐标纸上,得到以 lnNu 为纵坐标，以 ln(GrPr)为横坐标的一系列点，画一条直线，使大多数点落在这条直线上或周围，根据： Pr)ln(llnGCNu,这条直线的斜率即为 n，截距为 lnC。因此可以求出常数C 和 n。三、实验装置及测量仪表实验装置有实验管(四种类型 )，支架、测量仪表电控箱等组成。 (见简图)实验装置示意图实验管内有加热丝，通一恒定电流可加热，产生的热量通过自然对流传热、辐射传热和轴向导热向周围传递，由于管长径比较大，
4、轴向导热可忽略不计，只考虑自然对流传热、辐射传热，为了减少辐射传热量，管壁采用电镀，使其黑度系数减小，辐射传热量的比例减小，在总加热功率中减掉辐射传热量，则是自然对流传热量。经过一段时间后，管壁温度趋于稳定，实验管上有热电偶安装在管壁上，可以测出出管壁的温度，由安装在电控箱上的测温数显表通过转换开关读取温度值。电加热功率则可用数显电压表、电流表读取，并计算出加热功率。四、实验步骤1熟悉实验装置的组成、各部分的作用、测量线路和加热线路。2实验装置已提前加热基本趋于稳定，实验时不要调节加热电压。3开始测量各参数。管壁温度通过数显仪表和按键开关依此测量，其中 1#、2# 管有 6 个测温点，3#、4
5、# 管有 4 个测温点， 室内空气温度 t用数显温度计测量，加热电流和加热电压直接从数显仪表上读取。4间隔 20 分钟再测一次，若两次数据误差小于 1%，则说明达到稳态，即不再测量。用最后一次测的数据进行数据处理。若误差较大，可过 20 分钟再测一次。5测量完结束实验，但不要关闭电源，以备后面的同学进行实验。6测试数据记录表按表测量管壁温度 tw1,Tw2,tw3twn 室内空气温度 t、电流 I、电压 V。记录在表中。表 2-1 实验数据记录表管壁各点温度 twi（）管号测量次数tw1 tw2 tw3 tw4 tw5 tw6空气温度t平均壁温tw加热电流 I（A）加热电压 V（V）1 75.
6、2 88.6 89.6 84.7 88.3 34.5 85.28 1.3 641#2 75.0 88.7 89.7 84.6 88.2 34.5 85.24 1.3 631 77.7 80.6 76.2 83.8 78.0 34.5 79.26 0.67 382#2 78.0 80.0 76.8 84.3 77.9 34.5 79.40 0.67 381 72.4 68.5 68.7 68.7 34.5 69.575 0.48 433#2 73.0 68.5 69.2 68.9 34.5 69.90 0.48 431 69.7 76.9 65.1 69.8 34.5 70.375 0.19 2
7、84#2 70.5 77.1 64.6 70.3 34.5 70.625 0.19 28五、实验数据处理1已知数据管号 管径 d(m) 管长 l(m) 黑度 1# 0.08 1.6 0.112# 0.06 1.2 0.153# 0.04 0.8 0.154# 0.02 0.5 0.152数据处理(1) 计算加热的热量 =IV（W)、平均壁温、定性温度，定性温度取管壁温度和空气温度的平均值 2ttwm。 用最后一次数据处理，以 1#第 2 次测量数据为例计算：WVI9.8163. 24.855.6847.9.80755621 wwwttt .9.34.8ttm7.50.2.5ttw同理可计算的其
8、他三组数据，整理结果如下表 2-2 所示：表 2-2管号 /W tw/ tm/ t/1# 81.9 85.24 59.87 50.742# 25.46 79.4 56.95 44.93# 20.64 69.9 52.2 35.44# 5.32 70.625 52.5625 36.125(2) 计算自然对流传热系数 44010)()()( TtCtAIVttAh wwwrw 以 1#管为例计算：1#管表面积 211 49.68.43mld 4011 10)()()( TtCtAIVttAh wwwrw )105.273.4()105.2734.8(532.610)5342.8(4019. 4=3
9、.09w/(m)同理可计算其他三组数据，整理结果如下表 2-3 所示：表 2-3管号 /w管径 d/m 管长 l(m) 表面积A/m/wt/t黑度 h1# 81.9 0.08 1.6 0.40192 85.24 34.5 0.11 3.092# 25.46 0.06 1.2 0.22608 79.4 34.5 0.15 1.583# 20.64 0.04 0.8 0.10048 69.9 34.5 0.15 1.834# 5.32 0.02 0.5 0.0314 70.625 34.5 0.15 3.51(3) 查出物性参数在教科书的附录中查得空气的导热系数 、热膨胀系数 、运动粘度 和普朗特
10、数 Pr。上述物性参数由定性温度 mt查出，整理结果如下表 2-4 所示：其中将空气视为理想气体，热膨胀系数 15.2731mtT表 2-4管号 /mt210/ 1K60Pr1# 59.87 2.896 0.003003 18.932 0.6962# 56.95 2.887 0.003029 18.680 0.69673# 52.2 2.849 0.003074 18.167 0.69774# 52.5625 2.853 0.003072 18.211 0.6972(4) 整理准则方程四根管的数据代入准则方程，可求出四组 Nu、GrPr 的数值，取对数后绘在直角坐标纸上，以 lnNu 为纵坐标
11、,ln(GrPr) 为横坐标。把数据点连成一条最佳的直线，求出直线的斜率 n 和截距 lnC，再反求出 C。即可求出准则方程式： nGrNuP)(以 1#管数据为例计算: 536.8109.2321dhNu 626310.).(8.074tgGr61 159013.2P同理可计算其它三组数据，整理结果如下表 2-5 所示：表 2-5管号 Nu510GrPr510r)(GNulnPr)l(1G1# 8.536 21.33 0.696 14.85 2.144 14.2112# 3.284 8.25 0.6967 5.75 1.189 13.2623# 2.569 2.07 0.6977 1.44
12、0.944 11.8804# 2.461 0.26 0.6972 0.18 0.900 9.814以 Nuln为纵坐标， Pr)ln(1G为横坐标，绘制关系曲线如下：图 2-1 lnNu-ln(GrPr)关 系 曲 线 图y = 0.2424x - 1.684700.511.522.59 10 11 12 13 14 15ln(GrPr）lnNu 实 际 曲 线趋 势 线易得 24.n； 6847.lC5)687exp(C故准则方程式为 24.0Pr)(185.0Pr)(GGCNun六、实验总结通过此次实验，我了解了空气沿横管表面自然对流传热规律，巩固了课堂上学过的传热学知识，练习了测定横管的自然对流传热系数，整理出了自然对流传热准则方程式。本次试验操作比较简单，但数据处理比较繁琐，需要认真和耐心。每做一次实验就有一次收获，这次实验使我受益匪浅，最后，十分感谢老师的悉心指导！
