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1、传热实验指导书传热实验指导书具有对流换热条件的具有对流换热条件的伸展体传热特性实验伸展体传热特性实验上上 海海 交交 通通 大大 学学机械与动力工程学院机械与动力工程学院教教学学实实验验中中心心二OO四年五月具有对流换热条件的伸展体传热特性实验具有对流换热条件的伸展体传热特性实验具有对流换热条件的伸展体传热特性实验工程中有许多热量沿着细长突出物传递的问题。 它的基本特征是： 某种细长形状的物体，从某温度的基面伸向与其温度不同的流动介质中，热量从基面沿着突出方向传递的同时，还通过表面与流体进行对流换热。因而沿突出物的伸展方向温度也相应地变化。本实验是测量一等截面的伸展体，在与流体间进行对流换热的
2、条件下，沿伸展体的温度变化。一、实验目的及要求通过实验和对实验数据的分析，深入了解伸展体传热的特性，并掌握求介质具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。二、基本原理具有对流换热的等截面伸展体，当长度与截面之比很大时(常物性)其微分方程式为：d2m2= 0(1.1)2dx式中：m系数，m =u；f过余温度， = t tf，；t 伸展体温度，；tf伸展体周围介质的温度，；空气对壁面的换热系数，W/(m2)；u伸展体周长。本实验中 u= d0，m；f伸展体横截面积，本试件为f =4(d02 d12)m2伸展体内的温度分布规律，由边界条件和 m 值定。三、实验装置及测量系统本实验装置由风道、风机、实验
3、元件、主付加热器、测温热电偶等组成。详见装置系统图1-1。1上海交通大学机械与动力工程学院教学实验中心1. 风机；2. 风道；3. 等截面伸展体；4. 主加热器；5. 测温热电偶；6.付加热器；7. 热电偶拉杆及标尺； 8. 热电偶冷端；9. 电位差计； 10. 电压表；11. 风机变速开关；12. 调压变压器图 1-1 伸展体传热特性实验装置及测量系统图试件是一紫铜管，放置在一风道中，由风机和风道造成空气均匀地横向流过管子表面的对流换热条件。管子表面各处的换热系数基本上是相同的。管子两端装有加热器，以维持两端处于所要求的温度状况。这样就构成了一个两端处于某温度的、中间具有对流换热条件的等截面
4、伸展体。管子两端的加热器，通过调压变压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。为了改变空气对管壁的换热系数，风机的工作电压亦相应地可作调整，以改变空气流过管子表面时的速度。为了测量铜管沿管长的温度分布，在管内安装有可移动的热电偶测温头，其冷端就放置在空气流中，采用的是铜-康铜热电偶。这样通过UJ 36电位差计测出的热电势，就反映了管子各截面的过余温度。其相应的位置由带动热电偶测温头的滑动块在标尺上读出。试件的基本参数：管子外径d0=管子内径d1=管子长度L=管子导热系数=四、完成本实验的具体做法d221. 解方程2 m= 0dx截面积为f，周长为U的等截面体，其导热系数为，W/(m)，两端分
5、别与相距L的两大平壁相连接，平壁保持定温tw1和tw2，园棒与空气接触，空气温度为tf（设tw1tftw2，棒与2空气的对流换热系数为，W/(m )，见图1-2，求：图 1-2(1) 棒沿x方向的过余温度 = t tf分布是： =(x)；(2) 分析沿x方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：L、U、f、tw1、tw2、tf对温度分布的影响；(3) 棒的最低温度截面的位置表达式(当0 xL存在最低温度值时；(4) 棒两端由壁导入的热量Q1及Q2。2. 练习直径为25mm，长为300mm的钢棒=50W/(m)，两端分别与大平壁相连接。平壁保持定温tw1=200，tw2=150，钢棒向四周空
6、气散热，空气温度为tf=20，对流换热系数为2具有对流换热条件的伸展体传热特性实验=20 W/(m2)。(1) 计算温度分布；(2) 求棒的最低温度点的位置及其温度值，绘出该棒的温度分布曲线；(3) 求棒向空气的散热量；(4) 分别求出壁面1和壁面2导入棒的导热量；壁面2为绝热面？并画出温度分布曲线。 求每小时散入空气的热量；(5) 在tw2为什么值时，以上二项要求在进行实验前完成。3. 实验要求：(1) 测出一定条件下，导体内不同截面的过余温度值；(2) 用测得的不同x位置过余温度数据求出实验条件m值及值；(3) 根据实验条件，求得的m值，用分析公式计算过余温度分布，过余温度最低值处的位置及
7、其值，并于实测结果比较。五、实验报告要求及注意事项1. 实验报告要求：通过理论分析与实验实测，总结对具有对流换热表面的伸展体传热特性的认识。可以包括具体作法中（1） （3）的基本内容。2. 注意事项(1) 调整加热器功率时须注意两端温度不要过高，以免烧坏测温部件。加热电压一般取V100伏为宜。(2) 实验结束后，先将调压变压器输出调到零，待试件降温至常温后再关掉风机，以免损坏实验装置。3上海交通大学机械与动力工程学院教学实验中心采用数据采集的伸展体传热特性实验指导书采用数据采集的伸展体传热特性实验指导书由于实验台沿管长温度分布的测量方法，已由原来依靠管内可移动热电偶测温头配以电位差计进行逐点测
8、量，改为沿管长均布8对固定热电偶，并用HP34970A数据自动采集系统测量，因此实验步骤相应作如下改动：1检查实验的准备工作：（1）检查热电偶信号线在采集单元功能插板（ HP34901A）上是否接受（管子上8对热电偶接在HP34601A的第1到第8通道上，进风口中热电偶接在第9通道上，而HP34901A插板则必须插在第二槽道，因此该9对热电偶对应的通道号为201到209） 。（2）检查调压变压器电源线及变压器与实验台间的电线是否连妥。调压变压器指针应退到零位。（3）检查计算机和HP34970A采集单元的电源线及两者之间的接口电缆是否接妥。2接通调压变压器电源，小风机即开始运转，调节两调压变压器
9、，使实验台上左右两电压表达到适当的电压值。3开启HP34970A采集单元，观察各个通道面板显示值是否正常。4开启计算机，进到C盘（或D盘） ，找到“传热实验”文件夹图标，用鼠标左键双击该图标进入文件夹，找到“伸展体导热实验”图标，双击图标即可运行伸展体实验程序：（1）首先出现标题屏幕（要求输入姓名、班级及学号） ，按要求输入后按开始钮，进入“实验引导”屏幕。（2） “实验引导”屏幕要求检查各项准备工作，确认各项实验准备工作已经就绪后，按结束钮，进入测量屏幕，测量屏幕上有四个按钮：测量、存Excel、画图、退出。（3）待工况稳定后，按测量钮，HP34970A采集单元即对各通道进行多次扫描并算出各通道数据的平均值， 完成采集后屏幕上出现 “Scan completed” 提示， 按确认钮后再按存Excal钮，各通道的平均数据将存入Excel，按屏幕底部任务栏中的测量钮，又回到“测量”屏幕，可按画图钮，屏幕出现实测数据及按数值解法画出的温度分布曲线。至此，实验已完成，在退出实验前，应回到Excel屏幕（按底部任务栏中“Micro”钮） ，抄录实验所得的各点温度值，以备写实验报告时用来做数值解法，画出温度分布曲线，与实验值作比较。（4）按底部任务栏中测量钮回到“测量”屏幕，按退出钮，可退出实验程序。4