空气横掠单管外换热系数的测定

实验二、空气横掠单圆管外换热系数的测定

一、试验目的

1、了解对流换热的实验研究方法；

2、测定空气横向流过单管表面时的平均换热系数α,并将试验数据整理成准则方成式; 3、学习测量风速、温度、热量的基本技能. 二、试验原理

根据牛顿公式,壁面平均对流换热系数为 α=

Qc2

W/m·℃ （1）

(t tf)F

式中： tω：实验管壁平均温度，℃； tf：实验前后流体平均温度，℃；

2

F：管壁换热面积，m； Qc：对流换热量，W

根据相似理论，流体受迫外掠物体时的换热系数α与流速、物体几何形状及尺寸。流体物性间的关系可用下列准则方程式描述：

Nu=f（Re，Pr）

实验研究表明，流体横向流过单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式：

nm

Nu=CRePr （2）

式中：c、n、m均为常数，由实验确定； Nu：努谢尔特准则，Nu= Re：雷诺准则，Re=

d

；

Pr：普朗特准则，Pr=上述各准则中： d—实验管外径，m；

d

；

a

。

ω—流体流过实验管最窄处流速，m‘s；

λ—流体导热系数，W/m·℃；

2

a—流体导温系数，m/s；

2

ν—流体运动粘度，m/s。

本实验中，建议各物性参数采用边界层平均温度tm= （tm+tf） 作为定性温度，但应注意，有些文献采

用tf作为定性温度来整理实验数据。鉴于本实验中流体为空气，pr数可作为常数处理，故（2）式写成

Nu=CRen （3）

所以，本实验的任务在于确定C和n的数值，为此需测定Rc和Nu准则中的各量，即a、ω、d、λ、ν等。

为了确定α值，必须测量Q、tω、tf及管长1等。

三、实验装置

本对流实验在实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体，风机、实验管及其电加热器、水银温度计、倾斜式微压计、毕托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器等组成，如图一所示。

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