空氣橫掠翅片管束管外放熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1.了解熱工實(shí)驗(yàn)的基本方法和特點(diǎn)；
2.學(xué)會翅片管束管外放熱和阻力的實(shí)驗(yàn)研究方法；
3.鞏固和運(yùn)用傳熱學(xué)課堂講授的基本概念和基本知識；
4.培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)的能力；
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.熟練實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)習(xí)正確使用測溫度、測壓差、測流速、測熱量等儀表。
2.正確安排實(shí)驗(yàn)，測取管外放熱和阻力的有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3.對實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)放案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。
三、實(shí)驗(yàn)原理
1.翅片管是換熱器中常用的一種傳熱元件，由于擴(kuò)展了管外傳熱面積，故可使光管的傳熱熱阻大大下降，特別使用于氣體側(cè)換熱的場合。
2.空氣（氣體）橫向流過翅片管束時的對流放熱系數(shù)除了與空氣流速及物性有關(guān)以外，還與翅片管束的一系列幾何因素有關(guān)，其無因次函數(shù)系數(shù)可表示如下：
式中： 為Nusselt數(shù)；
為Renolds數(shù)；
為Prandtl數(shù)
H、B分別為翅片高度、厚度和翅片間距；
P、P1為翅片管的橫向管間距和縱向管間距；N為流動方向的管排數(shù)；
Do為光管外徑，Um、Gm為*窄流通截面處的空氣流速（m/s）和質(zhì)量流速。
（kg/㎡s）且Gm=Um
為氣體的特性值。
此外，放熱系數(shù)還與管束的排列方式有關(guān)，有兩種排列方式，順排和叉排，由于在叉排管束中流體的絮流度較大，故其管外放熱系數(shù)會高于順流的情況。
對于特定的翅片管束，其幾何因素都是固定不變的，這時，式（1）可簡化為：
Nu=f（Re、Pr） （2）
對于空氣，Pr數(shù)可看作常數(shù)，故
Nu=f（Re） （3）
式（3）可表示成指數(shù)方程的形式
Nu=C （4）
式中，C、n為實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的系數(shù)和指數(shù)。這一形式的公式只適用于特定幾何條件下的管束，為了在實(shí)驗(yàn)公式中能反映翅片管和翅片管束的幾何變量的影響，需要分別改變幾何參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理。
四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)的翅片管束安裝在一臺低速風(fēng)洞中——實(shí)驗(yàn)裝置和測試儀表如圖1所示。試驗(yàn)由有機(jī)玻璃風(fēng)洞，加熱管件、風(fēng)機(jī)支架、測試儀表等六部分組成。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置
1 吸入管 2 管束前測壓管 3 實(shí)驗(yàn)管段 4 管束后測壓段 5 測壓管 6 風(fēng)機(jī)
7 風(fēng)機(jī)控制盒 8 控制箱
有機(jī)玻璃風(fēng)洞由帶整流隔柵的入口段，整流絲網(wǎng)、平穩(wěn)段、前測量段、工作段、后測量段、收縮段、測速段、擴(kuò)壓段等組成。工作段和前后測量段的內(nèi)部橫截面積為200mm×200mm工作段的管束及固定管板可自由更換。翅片管束的幾何特點(diǎn)如表1所示。
表1
翅片管
內(nèi)徑
翅片管
外徑
翅片
高度
翅片
厚度
翅片
間距
橫向管
間距
縱向管
間距
管排數(shù)
Di
Do
H
B
Pt
P1
N
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
16
20
9.7
0.2
2.7
50
50
5
4根試驗(yàn)熱管組成一個橫排，可以放在任何一排的位置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一般放在第3排的位置上，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，自第3排以后，各排的放熱系數(shù)基本保持不變了。所以，這樣測求的放熱指數(shù)代表第3排及以后各排管的平均放熱系數(shù)。
試驗(yàn)熱管的加熱段由專門的點(diǎn)加熱器進(jìn)行加熱，點(diǎn)加熱器的電功率由電流、電壓表進(jìn)行測量。每一支熱管的內(nèi)部插入一支進(jìn)口高精度溫度傳感器用以測量熱管內(nèi)溫度
空氣流的進(jìn)出口溫度由溫度傳感器如口處安裝四個，出口處可安裝四個，以考慮出口截面上流溫度的不均勻性。空氣流經(jīng)翅片管束的壓力降由高靈敏度壓差傳感器測量，管束前后的靜壓側(cè)孔都是四個，均布在前后測量段的壁面上。空氣流的速度和流量由安裝測速段孔板測量。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1、熟悉實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)備
2、調(diào)試檢查測溫、測速、測熱等各儀表，使其處于良好工作狀態(tài)；
3、接通電加熱器電源，將電壓控制在10v，予熱5~10分鐘后，開動引風(fēng)機(jī)，注意到引風(fēng)機(jī)需在空載或很小的開度下啟動；
4、調(diào)整引風(fēng)機(jī)，來控制實(shí)驗(yàn)工況的空氣流速，一般，空氣風(fēng)速應(yīng)從小到大逐漸增加，實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)畢托管壓差讀值，可改變6~7個風(fēng)速值，這樣，就有6~7個實(shí)驗(yàn)工況；
5、測量的記錄，將測量的量整齊地記收予先準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)記錄表格中。
6、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計算和整理，將結(jié)果逐項(xiàng)記入數(shù)據(jù)整理表格中。在整理數(shù)據(jù)時，可以用手算程序，也可以用予先先安排好的計算機(jī)程序。
7、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。
應(yīng)注意，當(dāng)所有工況的測量結(jié)束以后，應(yīng)先切斷電加熱器電源，待10分鐘后，
