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强迫流动单管管外放热系数测定实验指导书 2
强迫流动单管管外放热系数测定
一、实验目的
1.作为综合性实验，该项实验涉及较多课程知识，测量参数多，如风速、功率、温度以及计算机的基本操作，可考查学生的综合能力。
2.测量空气横向流过单管表面的平均表面传热系数h ，并将实验数据整理成准则方程式。
3.学习测量风速、温度、热量的基本技能，了解对流放热的实验研究方法。
二、实验原理
根据相似理论，流体受迫外掠物体时的表面传热系数h 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：
),(r e u P R f N =
实验研究表明，流体横向单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式;
m n r m n e um P CR N ?=
式中：m n c ,,均为常数，由实验确定
努谢尔特准则---um N
m
um hd
N λ=
---em R 雷诺准则
m
em d R νμ=
---rm P 普朗特准则 m
n
rm P αν=
上述各准则中--d 实验管外径，作定性尺寸(米)
--μ流体流过实验管外最窄面处流速；（)/s m --λ流体导热系数（)/K m W ? --α流体导温系数)/(2s m --ν流体运动粘度)/(2s m --h 表面传热系数)/(2K m W ?
准则角码m 表示用流体边界层平均温度)(2
1
f w m t t t -=
作定性温度。 签于实验中流体为空气，rm P =0.7，故准则式可化成：
n em
um CR N = 本实验的任务在于确定n c 与的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、测试段动压P 。至于表面传热系数h 和流速μ在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中差得。得到一组数据后，可得一组e R 、
u N 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组u N 、e R 值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
三、实验设备：
本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、动压计、毕托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器组成。
由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管
置于测速段，测速段截面教实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。
实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四对热电偶以测壁温。
四、实验步骤
1.将毕托管与动压计连接好、校正零点；连接热电偶与电位差计，再将加热器、电流表、电压表以及调压变压器线路连接好，指导教师检查确认无误后，准备启动风机。
2.在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。
3.在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热实验管，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录热电势、电流、电压、空气进出口温度及动压计的读数，所以电压不得超过180伏。
4.在一定热负荷下，通过调整风量来改变R数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压，空气进、出口温度以及电位差计的读数，即为不同风速下，同一热负荷时的实验数据。
5.不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压变压器改变电加热器功能、重复上述实验步骤即可。
6.实验完毕后，先切断实验管加热器电源，待实验管冷却后再关闭风机。
五、实验数据的整理计算
1壁面平均表面传热系数h
电加热器所产生的总热量?，除以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方式传出去的，因此对流放热量c ?为
r r c IV ????-=-=
???
?
???????? ??-??? ??=440100100f w r T T A C ε? --r ?辐射换热量
--ε 试管表面黑度
--0C 绝对黑体辐射系数 --w T 管壁面的平均绝对温度
--f T 流体的平均温度。
--A 管表面积
根据牛顿公式，壁面平均表面传热系数为
A
t t h f w c
)(-=
? )/(2K m W ?
2.空气流速的计算
采用毕托管在测速段截面中心点进行测量，由于实验风洞测速段分布均匀，因此不必进行截面速度不均匀的修正。
若采用动压计测得的动压为P ，则由能量方程式：
0222
1+=+g
P g u g P ρρ 而P P P =-12
P u ρ
2
测=
式中：--ρ空气的密度；
--P 动压。
由上式计算所得的流速是测速截面处的流速，而准则式中的流速W 是指流体流过试验管截面的流速，由连续性方程：
)n d L A u A U ??-=?试试测测（
n
d L A A u u ??-?=
试测测试
式中：--测A 测速外流道截面积；[]
2m 280150mm A ?=测
--试A 放试管处流道截面积；[]
2m 2150450mm A ?=试
--L 试验管有效管长；mm L 450= --d 试验管外径； mm d 40= --n 试验管数；1=n
--测u 测速处流体流速；[]s m / --试u 试验管截面处流速；[]s m /
3.确定准则方程式
将数据代入，得到准则数，即可在um N 为纵坐标，以em R 为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连起来，因
em um R n C N lg lg lg +=
上的两点为直线的斜率，取直线为直线的截距，n C lg
1212lg lg lg lg e e u u R R N N n --=
n e
u
R N C =
即可得出具体的准则方程式n e u CR N =
六、实验报告要求
1.实验原理
2.实验原始数据，数据整理
3.做出n e u CR N =图线
4.误差分析。
E型（镍铬/铜镍）热电偶分度表
强迫对流单管管外放热系数测定实验报告【内容充实】
机械强迫对流单管管外放热系数测定装置实验报告 一、实验目的 1、了解对流放热的实验研究方法； 2、测定空气横向流过单管表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准则方程式； 3、学习测量风速、温度、热量的基本技能。 二、实验原理 根据相似理论，流体受迫外掠物体时的放热系数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，流体掠过横向单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式。 式中：c、n、m均为常数，由实验确定， N u m——努谢尔特准则 R e m——雷诺准则 P t m——普朗特准则 上述各准则中，d——实验管外径，作定性尺寸[米] ω——流体流过实验管外最窄面处流速[m/s]
λ——流体导热系数[W/m ˙℃] α——流体导温系数[m 2/s] ν——流体运动粘度[m 2/s] 准则角码“m”表示用流体边界层平均温度 1 ()2 w f m t t t =+作定性温度。 鉴于实验中流体为空气，Prm= 0.7，故准则式可化成：n um em N CR = 本实验的任务在于确定c 与n 的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度 w t 、空气温度f t ，微压计压差h 。至于α、ω在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组R 、N u 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组R 、N u 值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 三、 实验设备 本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、移动式不锈钢支架、实验管及其加热器、电测温度计、倾斜式微压计、孔板、功率表以及调压器组成。 由于实验段前有整流段，可使进入实验段前的气流稳定。风量由电子调速调节。实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四支热电偶以测壁温。 四、 实验步骤 1、将孔板与微压计连接好、校正零点；连接热电偶与电控箱，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。 2、启动风机，让风机空载启动，然后根据需要，调节风量。 3、开启加热器，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录功率、空气进出口温度及微压计的读数。 4、在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re 数的大小，并保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机风量测得其压差，空气进、出口温度以及实验管壁温读数，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。
流体力学实验指导书( 建环专业)
目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12
实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。
2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm
导热系数的测量实验报告
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 是一个无法直接测定的量，我们设法将这个量转化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： 当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡，称之为稳态，此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。这样，只要测量低温侧
铜板在稳态温度 T2 下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，C 为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度 T2（大约高出 10℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，描绘出 T —t 曲线（见图 2），曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R
