中国石油大学传热学实验报告
实验日期： 2013-6-5 班级：石工10-09 成绩： 教师：
学号：1 姓名： 同组者：
实验二 横管自然对流传热规律实验研究
一、实验目的
1．了解空气沿横管表面自然对流传热规律的实验研究方法，巩固课堂上学过的传热学知识。
2．测定横管的自然对流传热系数h。
3．通过数据处理，整理出自然对流传热准则方程式。
二、实验原理
对横管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量为总热量与辐射热换量之差，即：
??Tw?4?T??4??r??C0A???????100100???????c??r, ?c?hA(tw?t?),????
??IV (W) ?C0?r?IVh????A(tw?t?)A(tw?t?)A(tw?t?)tw?t???Tw?4?T??4????????100100????????
式中：?一加热功率,W；
?r一辐射换热量,W；
?c一对流换热量,W；
C0一黑体的辐射系数；C0?5.67（W/m2·K4）
tw一管壁平均温度, ℃； ?一管表面黑度；
t?一室内空气温度,℃；
A一管表面积，m2；
h一自然对流传热系数,W/(m2·℃)；
根据相似理论，对于自然对流传热，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数，可表示成：
Nu?C(Gr?Pr)n
其中C、n是通过实验所确定的常数。为了确定上述关系式的具体形式，根据所测的数据，求出准则数：
Nu?hd
? Gr?g??td3?2
tm? 式中，Pr、α、λ、ν为空气的物性参数，由定性温度tm从教科书中查出。
d为定型尺寸,取管外径,tw?t?2，?t?tw?t?。tw为横管平均壁温，取各测点温度平均值，即tw?t1?t2????tn
n。
测出稳定状态下四根横管的管壁温度、加热功率和空气温度，即可求得4组Nu、 Gr·Pr数，把4组数据取对数绘在直角坐标纸上,得到以lnNu为纵坐标，以ln(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： lnNu?lnC?nln(Gr?Pr),这条直线的斜率即为n，截距为lnC。因此可以求出常数C和n。
三、实验装置及测量仪表
实验装置有实验管(四种类型)，支架、测量仪表电控箱等组成。(见简图)
实验装置示意图
实验管内有加热丝，通一恒定电流可加热，产生的热量通过自然对流传热、辐射传热和轴向导热向周围传递，由于管长径比较大，轴向导热可忽略不计，只考虑自然对流
传热、辐射传热，为了减少辐射传热量，管壁采用电镀，使其黑度系数减小，辐射传热
量的比例减小，在总加热功率中减掉辐射传热量，则是自然对流传热量。经过一段时间后，管壁温度趋于稳定，实验管上有热电偶安装在管壁上，可以测出出管壁的温度，由安装在电控箱上的测温数显表通过转换开关读取温度值。电加热功率则可用数显电压表、电流表读取，并计算出加热功率。
四、实验步骤
1．熟悉实验装置的组成、各部分的作用、测量线路和加热线路。 2．实验装置已提前加热基本趋于稳定，实验时不要调节加热电压。
3．开始测量各参数。管壁温度通过数显仪表和按键开关依此测量，其中1#、2# 管有6个测温点，3#、4# 管有4个测温点， 室内空气温度t?用数显温度计测量，加热电流和加热电压直接从数显仪表上读取。
4．间隔20分钟再测一次，若两次数据误差小于1%，则说明达到稳态，即不再测量。用最后一次测的数据进行数据处理。若误差较大，可过20分钟再测一次。
5．测量完结束实验，但不要关闭电源，以备后面的同学进行实验。 6．测试数据记录表
按表测量管壁温度tw1,Tw2,tw3…twn室内空气温度t∞、电流I、电压V。记录在表中。
五、实验数据处理
1．已知数据
2．数据处理
(1) 计算加热的热量Φ=IV（W)、平均壁温、定性温度，定性温度取管壁温度和空气温度的平均值
tm?
tw?t?
2。
用第一组数据处理，以1#第1次测量数据为例计算： ??I?V?1.3?61?79.3W
tw1?tw2?tw3?tw4?tw5?tw676.5?84.8?78.8?70.1?90.7?76.6
??79.6℃
66
t?t79.6?36tm?w???57.8℃
22tw?
?t?tw?t??79.6?36?43.6℃
同理可计算的其他三组数据，整理结果如下表2-2所示：
表2-2
(2) 计算自然对流传热系数
?C0?r?IV
h????
A(tw?t?)A(tw?t?)A(tw?t?)tw?t?
以1#管为例计算：
??Tw?4?T??4?
???????100100????????
1#管表面积A1???d1?l1?3.14?0.08?1.6?0.40192m
2
?r1?C0?1IV
h1????
A1(tw?t?)A1(tw?t?)A(tw?t?)tw?t?
??Tw?4?T??4?
????? ?????100??100???
?
79.30.11?5.6779.6?273.15436?273.154
?[()?()]
0.40192?(79.6?36)79.6?36100100
=3.09w/(m??℃)
同理可计算其他三组数据，整理结果如下表2-3所示：
表2-3
(3) 查出物性参数
在教科书的附录中查得空气的导热系数λ、热膨胀系数β、运动粘度ν和普朗特数Pr。
上述物性参数由定性温度
tm查出，整理结果如下表2-4所示：
11
?
Tmtm?273.15
其中将空气视为理想气体，热膨胀系数??
表2-4
(4) 整理准则方程
四根管的数据代入准则方程，可求出四组Nu、GrPr的数值，取对数后绘在直角坐标纸上，以lnNu为纵坐标,ln(Gr·Pr)为横坐标。把数据点连成一条最佳的直线，求出直线的斜率n和截距lnC，再反求出C。即可求出准则方程式：
Nu?C(Gr?Pr)n
以1#管数据为例计算:
hd3.62?0.08Nu1?11??9.50
?13.05?10?2Gr1?
g??td13
?2
9.8?2.835?10?3?43.6?0.083
??1.394?106 ?62
(21.09?10)
Gr1?Pr?1.394?106?0.692?0.965?106
同理可计算其它三组数据，整理结果如下表2-5所示：
表2-5
以lnNu为纵坐标，ln(Gr1?Pr)为横坐标，绘制关系曲线如下：(舍掉最后一组数据)
易得n=0.55, LnC=-5.712 C?exp? (5.71?2)0.
故准则方程式为 Nu?C(Gr?Pr)n?0.033?(Gr?Pr)0.55
六、实验总结
通过此次实验，我了解了空气沿横管表面自然对流传热规律，巩固了课堂上学过的传热学知识，练习了测定横管的自然对流传热系数，整理出了自然对流传热准则方程式。本次试验操作比较简单，但数据处理比较繁琐，需要认真和耐心。每做一次实验就有一次收获，这次实验使我受益匪浅，最后，十分感谢老师的悉心指导！
第二篇：实验报告-气-汽对流传热综合实验
气-汽对流传热综合实验
1. 光滑套管换热器传热系数的测定
数据记录与整理表
2. 强化套管换热器传热系数及强化比的测定
数据记录与整理表
3. 线性回归确定准数关联式
由
可得 
由线性拟合结果可求得：光滑套管换热器 A= 0.0581 m=0.7074
强化套管换热器 A= 0.0496 m=0,771