表7-1 实验测量数据记录表
记录人： 同组人： 时间： 实验参数 实验台 试材名称 球 壳 温 度 外球直径 内球直径 加热 功率 电压U 电流I(A) (V) λm2 = (w/m·℃) 环境温度
导热系数 功率??q?U?I(W) 测量 1 2 3 1 2 实验数据 内球壳温度 ℃ 3 4 外球壳温度 ℃ 1 2 3 4 容 重 内平均温度t1= 外平均球温度t2=
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表7-2 实验测量数据汇总
台号 试材 测试法 实验数据 内外球均温 tm 加热功率 ? 导热系数λ 1台 2台 3台 4台
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导热系数?％* 测量误差 粒状 珍珠岩 粒状 蛭石 手动测 手动测 手动测 手动测 实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验
一、实验目的
1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。
2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式Nu?C?Re?Pr。 3. 学习对流换热实验的测量方法。
二、实验原理 1对流换热的定义
对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。
n13
2、牛顿冷却公式
根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h。
即：h=
QQ? w/m2·K （8-1）
A(tW?tf)A??t式中：
Q — 空气横掠单管时总的换热量， W； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m
2
;
tw — 空气横掠单管时单管壁温 ℃；
tf — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃；
?t— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃；
3、影响h的因素
1）.对流的方式： 对流的方式有两种； （1）自然对流 （2）强迫对流 2）.流动的情况：
流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。
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Re — 雷诺数， Re ?ud， v雷诺数Re的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。
上述公式中，d—外管径（m），u—流体在实验测试段中的流速（m/s），v—流体的运动粘度（㎡/s）。 3）.物体的物理性质： Pr — 普朗特数，Pr=
其中?为热扩散率, v为运动粘度, μ为动力粘度；cp为等压比热容；k为热导率； 普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比 4).换面的形状和位置 5).流体集体的改变 相变换热 ：凝结与沸腾
?= cpμ/k ?4、对流换热方程的一般表达方式
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 强迫对流公式为Nu?f(Re,Pr)
自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。 自然对流公式为Nu=f（Gr，Pr） 1）.Re=?ul v雷诺数Re的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。其中U为速度特征尺度，L为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。
2).Pr=
? ?hd（努谢尔数）
3定义：流体运动学黏性系数γ与导温系数κ比值的无量纲数 3).Nu=4).Gr=
?gad?t?2
式中a为流体膨胀系数，v为流体可运动系数。
格拉晓夫数 ，自然对流浮力和粘性力之比 ，控制长度和自然对流边界层厚度之比 。
5、对流换热的机理
热边界层
热边界层的定义是：黏性流体流动在壁面附近形成的以热焓(或温度)剧变为
特征的流体薄层
热边界层内存在较大的温度梯度，主流区温度梯度为零。
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Tw
当壁面与流体之间的温差达到壁面与来流流体之间的温差的0.99倍时，即
?tw?t?/?t?t??0.99 ，此位置就是边界层的外边缘，而该点到壁面之间的距离则是热
w?边界层的厚度,记为δt(x)
6．空气横掠单管换热时，实验关联式的确定
根据传热学理论，换热系数与流速、管径、温度、流体物性等有关，并可用下列准则方程式关联：Nu?f(Re,Pr) (8-2 ) 空气横掠单管换热时，实验关联式为：
Nu?C?Ren?Pr13 （8-3）
在定常性温度下(tm)，普朗特数Pr可视为常数，故（3）简化为：
Nu?C?Ren （8-4）
式中
Nu — 努谢尔数，Nu ?hd?，
Re — 雷诺数， Re ? Pr — 普朗特数，
ud， vC??C?Pr13?C?Pr (8-5) C,n — 由实验确定的常数，
tm—定性温度由下式确定：
13tmtw?tf?? ℃ （8-6） ?2 20