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实验指导书(空气沿横置圆管表面自然对流平均换热系数的测定)空气沿横置圆管表面自然对流平均换热系数的测定实验一、实验目的及要求1．目的（1）学习在自然对流实验台上研究空气沿横置圆管表面自然对流换热的方法。
（2）测定空气沿横置圆管表面自然对流时的平均换热系数α。
（3）将实验数据整理成准则方程，从而掌握空气沿横置圆管表面自然对流换热的规律。
2．要求（1）充分理解实验原理。
（2）必须懂得在实验中应记录哪些量。
（3）能独立地将测量数据整理成准则方程，正确区分实验法确定换热系数的两种方法的优、缺点以及适用范围，从而巩固课堂上学过的知识。
二、实验原理影响自然对流的换热系数α的五大因素有：1．由流体冷、热各部分的密度差产生的浮升力；2．流体流动的状态；3．流体的热物性； 4．换热壁面的热状态； 5．换热壁面的几何因素；依据相似理论，它们之间的关系包含在准则方程,,f f f f w Pr Nu f Gr Pr Pr ⎡⎤⎛⎫=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦ 之中。
由于本实验中介质为空气，其物性随温度的变化较小，空气的Pr 值随温度的变化不大，Pr ≈0.72，故相应的准则方程可简化为：Nu f = f (Gr f )对流换热问题的准则函数形式，通常采取指数函数的形式表示：Nu f = c Gr f n式中：Nu f ——努谢尔特准则Nu f =αD λGr f ——葛拉晓夫准则 Gr f =β·g·Δt·D 3ν2系数c ，上标n —— 均为需通过实验来确定的常数。
上述各准则中，有关的物理量及其单位分别为： α —— 对流换热系数 W /（m 2·Κ） D —— 实验单管外径 mλ——空气的导热系数W/（m·Κ）β——介质的膨胀系数K-1g ——重力加速度m / s2Δt——介质和管壁表面之间的温差Kν——运动粘性系数m2/ s下标f——表示各准则以流体介质在物体边界层以外处的温度t f为定性温度。
对流给热系数测定实验报告实验名称:对流换热系数的测量实验一、实验目的1.测量圆形水平直管外的水蒸气凝结换热系数α0和圆形水平直管内冷流体（空气或水）的强制对流换热系数αi2.观察水蒸汽在圆直水平管外壁上的冷凝状况。
3掌握热电阻测温方法。
4掌握计算机自动控制和流量调节的方法。
5了解涡轮流量传感器和智能流量积算仪的工作原理和使用方法。
6了解电动调节阀压力传感器和变频器的工作原理和使用方法。
7掌握化工原理实验软件库的使用。
二、实验装置流程图及实验流程简述2途经阀○6、阀○7由蒸汽分布管进入套管换热器的环隙通道，冷凝水蒸汽自蒸汽发生器○9.阀门○ 8号污水排入沟渠。
水从阀门流出○4或电动调节阀○5、12控制的旋涡气泵产生的空气依次经过阀○冷流体水或来自由变频器○13.10进入套管式热交换器、涡轮流量计的内管○ 水或空气流量调节阀○ 加热后排入下水道或通风口。
三、简述实验操作步骤及安全注意事项空气-蒸汽系统1.开启电源。
依次打开控制面板上的总电源、仪表电源。
1.调整手动调节阀○ 10以最大化空气量。
2.启动涡流空气泵○9、阀○8，排除套管环隙中积存的冷凝水，然后适当关小3.排蒸汽管道的冷凝水。
打开阀○8.注意阀门○ 8不能开得太大，否则会有严重的蒸汽泄漏。
阀门○6，蒸汽从蒸汽发生器○2沿保温管路流至阀○7；慢慢打开阀○7，4.调节蒸汽压力。
打开阀○蒸汽开始流入套管环空，并加热内管的外表面。
控制蒸汽压力稳定在0.02MPa，不超过0.05mpa，否则蒸汽不够用。
5.测量不同流量下的相应温度。
当巡检仪在控制面板上显示的11个温度、压力数据和智能流量积算仪显示的空气流量稳定时，记录所有温度、压力6，分别取最大空气流量的1/2及1/3，分别记录下相应流量下的流量数据。
然后再调节阀○稳定的温度和压力数据，使共有3个实验点。
7和阀门○ 6、关闭仪器电源和主电源。
6.实验结束后，关闭蒸汽阀○水~水蒸汽系统操作步骤和方法与空气-蒸汽系统基本相同，只是冷流体由空气变为冷水，并且仍然选择了三个实验点。
湖南大学实验报告一、实验目的1. 测定单根横管对周围空气自然对流时的表面传热系数；2. 用多个工况的实验数据整理成大空间自然对流的实验关联式；3. 加深对自然对流换热规律的理解。
二、实验原理被加热的水平横管，其表面壁温为w t ，周围环境空气温度为f t 。
当w t ＞f t 时，横管附近空气由于受到横管的直接加热，导致温度升高，密度变小，又因为密度的不均匀而引起浮升力，使得横管周围的空气开始沿横管表面向上运动，而周围的空气又补充到横管周围，如此循环，形成自然对流换热。
动力设备、蒸汽管道等周围都存在类似的对流换热。
根据牛顿公式，在稳定状态下，加热横管表面由于对流换热而散失的热量CQ 可由下式计算：)(f w C t t hA Q -= W （1） 式中：h ——壁面平均换热系数，W/（m 2·K ）； A ——横管有效换热面积，m 2； w t ——横管壁面平均温度，℃；f t ——空气主流温度，℃。
如果考虑横管表面对空间辐射的影响，还有一部分热量由管壁以辐射方式向外散热，散热量可由下式计算：])100()100[(44f w R T TA Q -⋅⋅=δε W （2）式中：ε——管子表面黑度，ε＝0.1（根据横管表面黑度确定，软件可自己设定）；δ——黑体辐射常数，δ＝5.67 W/（m 2·K 4）;A ——管子表面积，m 2； w T ——管子壁面平均温度，K ；f T ——空气温度，K 。
根据式（1）和式（2），当达到稳定状态时，横管传给空气总的热量，在忽略管子端部散热的前提下，应等于管子内部电加热器所产生的热量Q ，而R C Q Q Q +=，因此若测得壁温w t 和空气温度ft ，那么对流换热系数h ，可由下式求得：)( —f w Rt t A Q Q h -=W/(m 2.K) （3）根据相似理论，自然对流的准则方程可整理成：n r r u P G C N )(⋅= （4）式中：Nu ——努塞尔数，Nu=h·D / λ；Gr ——葛拉晓夫数，Gr=g βD 3 (t w －t f ) /υ2； Pr ——普朗特数，对于空气，见附录空气参数表；λ——流体导热系数，W/(m·K)；D ——横管直径，m ；β——流体的体积膨胀系数，理想气体β=1 / t m -1K ； υ——流体运动粘度，m 2/s ； △t ——壁面与空气的温差，℃。
自然对流换热实验报告一、实验目的（1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。
（2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。
（3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出Pr Gr 的范围。
二、实验原理对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。
即r h c Φ-Φ=Φ （W ）式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛---=4f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UIh ε[]）（K /W ∙m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，）（420K m /W 67.5∙=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2∙m 。
当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。
根据相似理论，自然对流换热的准则为Pr),(Gr f Nr =在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即n Gr c Nr Pr)(=式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。
为了确定上述关系式的具体形式，根据测量数据计算结果求得努塞尔准则Nu 、格拉晓夫准则Gr 和普朗特准则Pr ，即λhDNu =； 23υβtD g Gr ∆=； a υ=Pr式中：Pr 、β（空气的体胀系数，1/K ）、υ（空气的运动黏度，m 2/s ）等、λ（空气的导热系数，℃）（∙m /W ）等物性参数由定性温度）（2fw t t +从气体的热物理性质表查取；2/8.9s m g =；D 为圆管壁面定型尺寸，m ；f w t t t -=∆，℃。
空⽓沿横管表⾯⾃由运动放热空⽓沿横管表⾯⾃由运动放热实验指导书⼀、实验⽬的和要求：1. 了解空⽓沿管表⾯⾃由放热的实验⽅法，巩固课堂上学过的知识；2. 测定单管的⾃由运动放热系数α；3. 根据对⾃由运动放热的相似分析，整理出准则⽅程式。
⼆、实验原理:对铜管进⾏电加热，热量应是以对流和辐射两种⽅式来散发的，所以对换热量为总热量与辐射热量之差，即：Q = Q c +Q r Q c =αF （t ω- t f ）α=??----44f 0f )100()100()()(f T T t t c t t F IV ωωωε Q r —辐射换热量；Q c —对流换热量；ε—使馆表⾯⿊度；c 0—⿊体的辐射系数；t ω—管壁平均温度；t f —室内空⽓温度；α—⾃由运动放热系数；根据相似理论，对于⾃由对流放热，努谢尔特数Nu 是葛拉晓夫数Gr 、普朗特数pr 的函数即：Nu=f （Gr ·pr ）可表⽰成 Nu=c （Pr ·Gr ）n其中c 、n 是通过这个实验所确定的常数。
为了确定上述关系式的具体形式，根据所测数据计算结果求得准则数：Nu=λαd Gr=33t g νβd ? Pr 、β、λ、ν物性参数有定性温度从教科书中查出。
改变加热量，可求得⼀组准则数，把⼏组数据标在对数坐标纸上得到以Nu 为纵坐标，以Gr 、Pr 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：lgNu=lgc+nlg(Gr ·Pr)这条直线的斜率即为n,，截距为c o三、实验装置及测量仪表：实验装置有试验管(四种类型)，测量仪表有电位差计，TDGC 型接触式调压器、稳压器、电流表、电压表。
试验管上有热电偶嵌⼊管壁，可反映出管壁的热电势，电位差计⽤于测量室内和管壁的电热势：稳压管可稳定输⼊电压，使加⼊管的热量保持⼀定；电压、电流表测定电加热器的电压和的电流。
四、实验步骤1.按电路图接好线路，经指导⽼师检查后接通电流；2.调整调压器，对试验管加热；3.稳定六⼩时后，开始测管壁温度，记下数据；4.间隔半⼩时再记⼀次，直到两组数据接近为⽌；5.取两组接近的数据取平均值，作为计算数据；6.记下半导体温度计指⽰的空⽓温度或⽤玻璃温度计；7.经指导教师同意，将调压器调整回零位，切断电源。
自然对流换热实验报告一、实验目的（1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。
（2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。
（3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出Pr Gr 的范围。
二、实验原理对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。
即r h c Φ-Φ=Φ （W ）式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛---=4f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UIh ε[]）（K /W ∙m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，）（420K m /W 67.5∙=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2∙m 。
当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。
根据相似理论，自然对流换热的准则为Pr),(Gr f Nr =在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即n Gr c Nr Pr)(=式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。
为了确定上述关系式的具体形式，根据测量数据计算结果求得努塞尔准则Nu 、格拉晓夫准则Gr 和普朗特准则Pr ，即λhDNu =； 23υβtD g Gr ∆=； a υ=Pr式中：Pr 、β（空气的体胀系数，1/K ）、υ（空气的运动黏度，m 2/s ）等、λ（空气的导热系数，℃）（∙m /W ）等物性参数由定性温度）（2fw t t +从气体的热物理性质表查取；2/8.9s m g =；D 为圆管壁面定型尺寸，m ；f w t t t -=∆，℃。
水平圆管外表面空气自然对流换热实验精04 张为昭 2010010591一、 实验原理根据相似理论，空气沿水平管外表面自然对流时，一般可以得到以下指数 形式的准则关系式：(Pr)n Nu C Gr =（1） 式中，Nu ，努谢尔特准则数：/Nu hD λ=（2） Gr ，格拉晓夫准则数：32/Gr g tD v α=Δ（3） Pr ，普朗特准则数，是温度的函数。
C 和n 均为常数，我们的任务就是通过实验确定式中的这两个常数。
在准则式中，空气的导热系数λ,运动粘度v ，以及普朗特准则数Pr 可以根据实验管壁面温度tw 和环境空气温度tf 的平均值tm ，查阅有关手册内插得到。
空气的容积膨胀系数α取理想气体的膨胀系数，α=1/Tm 。
g 是重力加速度，D 是管子外径，△t 是远离管壁的空气温度差，△t=tw -tf ，tf 为空气温度，tw 为管外壁温。
本实验的关键是对流换热表面传热系数h 的确定。
由对流换热表面传热系数h 的定义：h =Qa /F △t （4）式中，Qa 为水平管外表面与周围空气之间的对流换热量，水平管的外表面积F ＝πDL ,L 为水平管的有效长度。
在气体中的对流换热，不可避免的会伴随有换热壁面与周围环境的辐射换热,因此,管的实际传出热量为对流换热和辐射换热量之和：4480()()10a r w f w f Q Q Q hF t t C F T T ε−=+=−+−×式中，ε为实验管外表面的黑度，黑体辐射系数240 5.67C W m K −−=g g 。
在这里,假定了环境温度即空气温度。
于是，水平管外表面对流换热表面传热系数就可以由下式确定:4480[/()10]/()w f w f h Q F C T T t t ε−=−−×− （5）由式（5）,对给定外径为D 和长度为L ,表面黑度为ε的水平实验管,只要测量管的实际传出热量Q 、管外壁温tw 、远离壁面约1米处空气的温度tf 、就可以确定水平管外表面对流换热表面传热系数h 。
实验二、 空气沿水平圆管外表面的自然对流换热系数一、实验目的1．测定空气沿水平圆管外表面的自然对流换热系数。
并将数据整理成准则方程式。
2．了解对流换热系数的实验研究方法，学会用相似准则综合实验数据的方法，认识相似理论在对流换热实验研究中的指导意义。
二、实验原理实验研究的是受热体（圆管）在大空间中的自然对流换热现象。
根据传热学和相似原理理论，当一个受热表面在流体中发生自然对流换热时，包含自然对流换热系数的准数关系式可整理为：()nb b Grc Nu Pr ⋅= (2-1) 式中： λalNu =——努谢尔特准数；t vgl Gr ∆⋅=β23——葛拉晓夫准数； l —物体的特性尺寸，实验中为管径d ；α—对流换热系数(W/m 2·℃)；λ——流体（空气）的导热系数(W/m 2·℃)； v ——流体（空气）的运动粘度(m 2/s ）；m T /1=β——流体的体积膨胀系数(1/K)。
T m ——定性温度，实验中取()2732/0++=t t T w m ，t w 和t 0分别为圆管壁面温度和室内温度；0t t t w -=∆是过余温度（℃）； c 、n ——待定实验常数，需根据实验数据用最小二乘法进行确定。
角标“b ”表示以边界层平均温度作为定性温度。
由于在一般情况下，实验管表面散失热量Q 以对流和辐射两种方式散发的。
r c Q Q Q += (2-2)式中，Q —表面散失热量 (W)，；Q ＝IV ；Q c —自然对流散失热流量 (W)Q r —辐射散失热流量 (W)。
实验管可以被看做为被其他物体（房屋、地面）包围的面积很小的凸物体，它的辐射热量为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=44100100O W O s T T F C Q ε（W ） (2-3) 其中，εs 为系统黑度，本实验系统中即为实验管表面黑度，由实验室事先测定；C 0为绝对黑体辐射系数，C 0＝5.67（W/m 2·K 4）；T w 、T o 分别为壁温和周围物体的平均温度 (K)（近似取室温）；F 为实验管辐射散热有效面积即为其圆周面积（m 2）。
大空间外水平圆管空气自然对流换热实验思考题引言空气自然对流是指在没有外加力的情况下，由于温度差异而引起的气体自然对流传热现象。
大空间外水平圆管空气自然对流换热实验旨在研究空气自然对流传热过程，通过实验数据的采集、分析与处理，探讨换热特性与流动行为之间的关系，并且验证流体力学理论模型的准确性。
本文将针对大空间外水平圆管空气自然对流换热实验提出以下思考题，深入剖析该实验的意义与应用价值。
实验思考题1. 实验目的与意义•描述大空间外水平圆管空气自然对流换热实验的目的和意义是什么？•阐述该实验在实际应用中的重要性以及相关领域中的研究前景。
2. 实验器材与测量方法•详细介绍大空间外水平圆管空气自然对流换热实验所使用的器材，包括实验装置、试验介质、实验测量仪器等。
•分析器材选择的依据以及实验测量方法的可行性和准确性。
3. 实验步骤与数据处理•总结大空间外水平圆管空气自然对流换热实验的具体步骤，包括实验前的准备工作、实验操作的详细过程、实验结果的记录等。
•分析实验数据处理的方法和步骤，揭示实验中的主要分析结果。
4. 实验结果与讨论•展示大空间外水平圆管空气自然对流换热实验的主要结果，包括实验示意图、实验数据曲线图等。
•分析实验结果，探讨实验中观察到的现象和关键参数之间的关系，以及它们与理论模型的符合程度。
5. 实验结论•总结大空间外水平圆管空气自然对流换热实验的主要结论。
•着重强调实验的意义和应用价值。
展望未来，对该研究领域的进一步研究提出建议。
实验思考题解答1. 实验目的与意义大空间外水平圆管空气自然对流换热实验的目的是研究空气自然对流传热过程，在特定条件下测量和分析流体的温度分布和换热特性。
通过实验结果，可以获得空气自然对流过程中的关键参数和特性，为空气自然对流传热现象的研究提供实验基础。
该实验的意义在于：•增进对空气自然对流传热机理的理解：通过实验数据的采集和分析，可以深入理解空气自然对流传热的机理和规律，探讨温度差异对流体流动行为的影响，为空气自然对流换热的理论研究提供实验依据。
