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空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定局部换热系数是对流换热中的重要概念，特别是流体外掠物体时，物体表面各部位的局部换热系数变化很大。
本实验通过测定空气横掠圆柱体时的局部换热系数来了解这一现象，并对产生这一现象的原因进行分析，加深对对流换热原理的认识。
一、实验目的、要求1、了解实验装置的原理，测量系统及测试方法；2、通过对实测数据的整理，了解局部换热系数的规律；3、分析讨论局部换热系数的变化的原因以及加深对对流换热的认识。
二、基本原理局部换热系数α由下列定义：w/(m ℃)其中：q ——物体表面某处的密度，w/m 2； t ——相应点的表面温度，℃；t f ——主流的温度，℃。
本实验装置所用的试件是一圆柱体，横向放置在风道中，柱体表面包覆一层薄金属片，利用电流流过金属片对其加热，可以认为这样就构成了表面有恒定热流密度的圆柱体，测定流过金属片的电流和其上的电压降即可准确地确定表面的热流密度，表面温度的变化直接反应出表面换热系数的大小。
三、实验装置及测量系统实验装置本体是由一风源和试验段构成，图1为试验段的简图1、风道2、圆柱体3、不锈钢片4、热电偶5、测压孔6、电源导板图1 试验段简图有机玻璃风道1中间横置一可旋转的胶木圆柱体2，其中段周围包覆一层不锈钢片3，片内表面设置了铜一康铜热电偶4，在热电偶所处位置的同一母线处的圆柱体上开有一小孔5，不锈钢片两端与电源导板6连接。
)(f t t q-=α图2为该试验装置及测试系统原理图。
风源为一箱式风洞，似一工作台，风机、稳压箱，收缩口都设置在箱体现人，入口处有一调节风门，风箱中央为空气出口，形成一有均匀流速的空气射流，试验段的风道3即放置在风口上。
圆柱体上的不锈钢片由硅整流电源1供给低压直流大电流，直接通电加热。
电路中串连一标准电阻5，用电位差计10经转换开关9测量5上的电压降，然后确定流过不锈钢片的电流量，不锈钢片两端的电压降亦用电位差计测量，由于受量程限制，测压电路中接入一分压箱8。
实验二 空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定流体绕流圆柱（包括球）的流动，是理想流体势流流动教学的难点，也是工程应用中普遍采用的技术，如汽车、火箭、飞机、导弹等的表面形状与阻力计算、足球、高尔夫球运动的升力控制等的基础；实际流体绕固体流动的压力变化与边界层及其分离紧密联系的，概念规律更加复杂。
流动与传热保持着天然的联系，流体绕流圆柱对流换热局部表面换热系数是比较抽象的概念，流体外掠固体表面特别是曲面表面时，局部表面换热系数变化很大，是柴油机的水、油冷却器、火力发电、能源化工、制冷空调等行业的热交换器设计制造的重要参考数据。
一、实验目的1.了解实验装置的原理、构成、实验方法；2.整理实验数据，观察圆柱表面局部换热系数的变化特点；3.（较高要求）分析数据变化的原因，加深理解对流换热的规律。
二、实验原理圆柱表面一点的局部换热系数fq h t t φφφ=-式中：q φ物体表面的热流密度； t φ某一圆周角处表面的温度； t f 空气来流温度。
当圆柱表面热流密度恒定，且被温度均匀、流速恒定的空气平行流横掠时，圆柱温度沿圆周角度的变化直接反映表面换热系数的特性。
三、实验装置实验系统包括箱式风源（小型风洞）、风道、实验圆柱体，以及稳压电源、测量仪表，图1所示。
箱式风源中包括风机、稳压箱、气流收缩口。
风源入口有一调节风门，可改变来流风速的大小。
风箱顶部中央是气流出口，气流被均流化，成为平行流。
有机玻璃风道中间横置可旋转的胶木圆柱体（图2），圆柱中间段沿圆周方向包覆一层不锈钢片，片的内表面布置一对铜—康铜热电偶，不锈钢片的两端与电源导板相连。
热电偶热端的位置由相对来流前驻点的角度θ表示。
从圆形刻度盘读数。
在圆柱体的上游来流截面架设皮托管，以测量来流总压（或流速）。
圆柱体的不锈钢片由硅整流电源提供的低压大电流直流电加热，同时串联标准电阻。
用数字毫伏表或者电位差计测量标准电阻上的电压，以此确定不锈钢片的电流。
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13Re Pr nNu C =⋅⋅。
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。
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=)(f W t t A Q-Q A t=⋅∆ w/m 2·K （8-1）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，m2;w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃；f t — 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。
Re — 雷诺数， Re vud =， 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=αν= cpμ/k 其中α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(Re,Pr)Nu f =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=vul =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 。
传热学课程考题库学 校系 别 考试时间 150分钟 专业班号 考试日期 年 月 日 姓 名 学号一、问答题 (42分，每小题7分)1． 图1示出了常物性、有均匀内热源 、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式（设∆=∆x y ）。
2． 蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？3． 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。
你认为这种说法正确吗？为什么？4． 一块厚度为2()δδδ-≤≤x 的大平板，与温度为f t 的流体处于热平衡。
当时间0τ>时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度2f t 。
假定平板两侧表面传热系数相同，当0δλ=→h Bi 时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。
题 号 简 答 题计 算 题总 分123456123得 分•Φx∆y∆10423∞t h ,•Φ图15． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。
试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？ 6． 强化空气－水换热器传热的主要途径有哪些，请列出任意三种途径？二、计算题 (58分)1．(18分) 一块大平板，厚度5cm δ=，有内热源•Φ，平板中的一维稳态温度分布为2=+t b cx ，式中o 200C =b ，2200K/m =-c 。
假定平板的导热系数50W/(m K)λ=，试确定：（1） 平板中内热源•Φ之值；（2） 0=x 和δ=x 边界处的热流密度。
2．(15分) 有一圆柱体，如图2所示，表面1温度1550K =T ，发射率10.8ε=，表面2温度2275K =T ，发射率20.4ε=，圆柱面3为绝热表面，角系数3,10.308=X 。
空气纵掠平板时流动边界层和热边界层的测量
实验数据及计算
空气纵掠平板时流动边界层内速度分布 表6—1
序号 千分表读数 mm 离壁面距离 mm 微压计读数Δhmm水柱 速度V m/s V/ V∞y/δ
1
2
3
4
5
空气纵掠平板时热边界层内温度分布 表6—2
序号
千分表读数 mm 离壁面距离ymm 热电势
E（t-tf）
fwftttt−− wfwtttt−− t
δ
y
1
2
3
4
5
试验日期： 试验条件：
空气流速V∞= 电压V=
空气温度t
f
= 电流I=
距离X=
来流动压Δh=
壁温tw= 热边界层厚度δt=
雷诺数Rex= 流动边界层厚度δ=
绘制边界层内速度分布y/δ
—V/V∞关系曲线及热边界层内y/δt—
（t-tw）/(tf-tw)温度分布
曲线。
注意事项
1、一定要调到二指示灯同时忽亮忽暗时，表明二个探头刚刚与平板接触，才能从平板
表面开始测量。
2、旋转位移机构上的微调件移动探头时，只能向一个方向旋转，千万不能左右旋转。
