空氣縱掠平板換熱系數(shù)測量實驗指導(dǎo)書-趙輝-20150617 (1)

1、空氣縱掠平板換熱系數(shù)測量實驗指導(dǎo)書姓名： 班級： 學(xué)號： 教師： 時間： 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程系二零一五年目 錄第一章 實驗裝置說明1第一節(jié) 系統(tǒng)概述1一、概述1二、裝置特點1三、技術(shù)指標(biāo)1第二節(jié) 實驗裝置介紹1一、對象組成1二、控制系統(tǒng)1第二章 空氣縱掠平板對流換熱系數(shù)測試實驗2一、實驗?zāi)康?二、實驗原理2三、實驗設(shè)備及測試儀器2四、實驗步驟3五、實驗結(jié)果處理4六、實驗要求5七、思考題5八、實驗注意事項5第一章 實驗裝置說明第一節(jié) 系統(tǒng)概述一、概述局部換熱系數(shù)是對流換熱中的重要概念，特別是流體外掠物體時，物體表面各部位的局部換熱系數(shù)變化很大。通過測定空氣縱掠平板時的局部換熱系數(shù)來了解

2、這一現(xiàn)象，并對產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因進行分析，加深對對流換熱原理的認(rèn)識。適合工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、熱工學(xué)等相關(guān)課程的實驗教學(xué)。二、裝置特點1. 實驗裝置采用專用工作臺（配有萬向輪，移動方便）等；設(shè)計思路新穎，結(jié)構(gòu)安全可靠；2. 測溫系統(tǒng)采用數(shù)顯高精度儀表，保證其精度和穩(wěn)定性，采用熱電偶作為溫度探頭，測試觀測點的溫度；3. 進風(fēng)口風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用手輪調(diào)節(jié)機構(gòu)，可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)；4. 設(shè)有電流型漏電保護、過載保護、接地保護，可對人身及設(shè)備進行有效保護。三、技術(shù)指標(biāo)1. 輸入電源：三相 AC380V±10% 50Hz2. 工作環(huán)境：溫度0+40，相對濕度85%(25)，海拔4000m3. 系統(tǒng)容量

3、：3.5kW4. 安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn)5. 外形尺寸：1140mm×550mm×1500mm第二節(jié) 實驗裝置介紹一、對象組成由實驗平臺、鋼架、風(fēng)機、傾斜式微壓計、熱電偶、有機玻璃風(fēng)道、平板試件等組成。1. 有機玻璃風(fēng)道：淺藍色有機玻璃制作，外形尺寸：150×110×435mm。2. 采用傾斜式微壓計，測量范圍：0±2000Pa，工作介質(zhì)：0.81g/cm3，95%乙醇，外形尺寸：330mm×200mm×230mm，最大工作壓力：10000Pa，與畢托管（4mm×200mm）配套使用

4、，用于測量風(fēng)道風(fēng)速。3. 平板試件：試件長350mm，寬度100mm。試件最大加熱電流：30A，加熱溫度：80。二、控制系統(tǒng)由控制屏、漏電保護器、溫度巡檢儀、低壓高頻直流電源、直流電壓表、交流接觸器、指示燈、控制開關(guān)等組成。1. 直流電壓表：可通過琴鍵切換電壓測量范圍（有200mV，2V，20V，200V共4個檔位）。2. 低壓高頻直流電源：規(guī)格：電流：0100A，電壓：012V；輸出方式：穩(wěn)流限壓、穩(wěn)壓限流可切換；顯示方式：電壓、電流表顯示，工作、過熱、故障顯示；冷卻方式：風(fēng)冷。3. 溫度巡檢儀：電源電壓：220V；輸入規(guī)格：T分度熱電偶?？赏瑫r測16路溫度。第二章 空氣縱掠平板對流換熱系數(shù)

5、測試實驗一、實驗?zāi)康?. 了解實驗裝置的原理、測量系統(tǒng)及測試方法；2. 通過對實測數(shù)據(jù)的整理，了解平板局部換熱系數(shù)的變化規(guī)律；3. 分析討論換熱系數(shù)變化的原因，以加深對對流換熱的認(rèn)識。二、實驗原理換熱系數(shù)是表征流體與固體表面之間換熱能力的物理量。對流換熱是由熱對流和熱傳導(dǎo)兩部分組成。外部流動換熱是指換熱壁面上的流動邊界層與熱邊界層能自由發(fā)展，不會受到鄰近通道壁面存在的限制。因而，在外部流動中存在著一個邊界層外的區(qū)域，無論是速度梯度還是溫度梯度都可以忽略。流體縱掠平板是對流換熱中的最典型問題。本實驗通過測定空氣縱掠平板時的局部換熱系數(shù)掌握對流，換熱的基本概念的規(guī)律。局部換熱系數(shù)，單位為W/(m2

6、·)，由下列定義：其中：q物體表面某處的熱流密度，W/m2 t相應(yīng)點的表面溫度， tf空氣來流溫度，本實驗裝置上所用的試件是一平板，縱向插入風(fēng)道中，板表面包覆一薄層不銹鋼片，利用電流通過不銹鋼片對其加熱，可以認(rèn)定不銹鋼片表面具有恒定的熱流溫度。通過鑲在平板里與不銹鋼片接觸的熱電偶可以測得不銹鋼片表面溫度。三、實驗設(shè)備及測試儀器空氣橫掠圓柱體局部換熱系數(shù)測試的實驗裝置如圖1所示。風(fēng)道由有機玻璃制成，中間直插一可滑移的由絕緣材料制成的平板，在平板表面縱向包覆一金屬片，金屬片與平板間設(shè)有熱電偶，沿縱向軸不均勻地共布置21個熱電偶，它們通過補償導(dǎo)線與溫度巡檢儀相聯(lián)。金屬片兩端與電源導(dǎo)板聯(lián)接。

7、通過電源導(dǎo)板對金屬片通電加熱，即形成一恒定熱流密度。平板上的金屬片由直流電源供給低壓直流大電流通電加熱，電流大小由控制面板電流表讀出。當(dāng)空氣縱向流過平板時，測定離前沿不同位置處的片壁溫度和電加熱功率即可確定沿板片長度方向局部換熱系數(shù)的變化。用畢托管、通過傾斜式微壓計測量掠過平板的氣流動壓，以確定空氣流速。測量中讀出的是傾斜式微壓計的傾斜管液柱長H（mm），讀出的H值應(yīng)當(dāng)乘以傾斜式微壓計的倍率，即得實際壓差高度。由伯努利方程可得，式中為酒精密度，0.81g/cm3，為空氣密度。圖1四、實驗步驟1. 連接傾斜式微壓計，“+”壓接頭上硅膠管接至L型畢托管水平端，“-”壓接頭上硅膠管接至L型畢托管豎直

8、端，將閥門撥在“校準(zhǔn)”檔位，旋動零位調(diào)整旋鈕調(diào)整液面至零點，然后將閥門撥在“測壓”檔位。將直流電源加熱開關(guān)撥至“關(guān)”，電流調(diào)節(jié)旋鈕旋至零位。關(guān)閉風(fēng)機開關(guān)；調(diào)節(jié)風(fēng)機進風(fēng)口擋板至中間位置。2. 打開電源總開關(guān)，并檢查各熱電偶信號是否正常，在未加熱時溫度顯示應(yīng)均為常溫。3. 調(diào)節(jié)風(fēng)機進風(fēng)口開度至適當(dāng)大小，打開風(fēng)機開關(guān)。4. 開啟直流電源電源開關(guān)，并打開加熱開關(guān)，撥至恒壓檔位，調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)旋鈕，將加熱電流控制在一固定值（建議在20A左右），對平板試件緩慢加熱。控制金屬片溫在40°C左右。5. 待溫度穩(wěn)定后開始測量（大約需要3分鐘），從板前沿開始按熱電偶編號逐點測出溫度值。并記錄加熱電流、電壓

9、以及氣流動壓。6. 實驗完畢時，先切斷平板加熱電源，待平板試件冷卻后再停止風(fēng)機。五、實驗結(jié)果處理1. 已知數(shù)據(jù)平板試件參數(shù)：板長L=0.35m，板寬0.1m；金屬片寬b=0.09m，金屬片厚1×10-4m；金屬片總長0.7m。熱電偶布置如下表：熱電偶編號1234567891011離板前沿距離X/mm02.557.51015202532.54050熱電偶編號12131415161718192021離板前沿距離X/mm6075901101301601902202603002. 數(shù)據(jù)記錄t1/t2/t3/t4/t5/t6/t7/t8/t9/測量值t10/t11/t12/t13/t14/t1

10、5/t16/t17/t18/測量值t19/t20/t21/空氣溫度tf/電流I/A電壓U/V液柱長H/mm測量值3. 電流I、電壓U、溫度t均可由電控箱上對應(yīng)的儀表讀出。4. 局部對流換熱系數(shù)x在下列假設(shè)下：（1）電熱功率均布在整個表面；（2）不計片面外界輻射散熱的影響；（3）忽略片縱向?qū)岬挠绊?。局部換熱系數(shù)x ，單位為W/( m2·)，可按下式計算：5. 局部努塞爾數(shù)Nux與雷諾數(shù)Rex其中：x離平板前沿的距離，m 空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·)，根據(jù)定性溫度tm查出 v空氣的運動粘性系數(shù)，m2/s，根據(jù)定性溫度tm查出用來流溫度與壁溫的平均值作為定性溫度，即，其中平均壁溫?？諝鉁囟萾f由實驗室酒精溫度計測量。六、實驗要求1. 預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，編制數(shù)據(jù)記錄與計算用的表格；2. 繪制x-X關(guān)系曲線，并繪制Nux-ReX關(guān)系曲線；3. 分析沿平板對流換熱的變化規(guī)律