文档介绍：传热实验指导书
具有对流换热条件的
伸展体传热特性实验
上海交通大学
机械与动力工程学院
教学实验中心
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
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:
d2θ
− m2θ= 0 ()
dx2
αu
式中:m——系数, m = ;
λf
θ——过余温度,θ= t – tf,℃;
t ——伸展体温度,℃;tf ——伸展体周围介质的温度,℃;
α——空气对壁面的换热系数,W/(m2·℃);
u——伸展体周长。本实验中 u=πd0,m;
π
f——伸展体横截面积,本试件为 f = (d 2 − d 2 ) m2
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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、实验元件、主付加热器、测温热电偶等组成。详见装置系统
图1-1。
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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;;
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λ=
四、完成本实验的具体做法
d2θ
1. 解方程− m2θ= 0
dx 2
截面积为f,周长为U的等截面体,其导热系数为λ,W/(m·℃),两端分别与相距L的两大
平壁相连