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工程傳熱學實驗指導傳熱學是一門以實驗為基礎(chǔ)、服務工程實踐的應用科學，實驗研究是發(fā)展傳熱學、解決工程問題的重要手段。傳熱實驗分為實物-物理模型實驗和計算機模擬實驗。前者又可分為驗證性和探索性實驗，探索性實驗是以相似理論和量綱分析為基礎(chǔ)，將客觀的傳熱現(xiàn)象變換為實驗室能夠操作的規(guī)模，測量影響傳熱特性（如傳熱系數(shù)、溫度變化）的各種因素之間的相互關(guān)系，分析、整理實驗記錄數(shù)據(jù)，總結(jié)該傳熱物理模型的無量綱準則關(guān)聯(lián)式，達到節(jié)約各種資源、獲得滿意實驗效果、為工程或科研項目服務的目的。驗證性實驗則是面向傳熱理論教學的，學生在設(shè)計好的儀器設(shè)備上動手操作，借助具有典型工程性的實驗設(shè)備，讓學生親身體會在錯綜復雜的、紛亂的實驗現(xiàn)象中去發(fā)現(xiàn)問題、觀察問題、解決問題，從而幫助學生理解教材敘述的理論方法，鍛煉基本熱工儀器儀表使用操作的素質(zhì)、能力。計算傳熱學（或傳熱計算機模擬）已經(jīng)發(fā)展成了傳熱學的一個分支學科，是當前研究熱點。應用計算機解決工程實際問題，是現(xiàn)代工程技術(shù)人員所必備的技能。通過傳熱學計算機實習，學生初步鍛煉計算機求解傳熱問題的技能，為后續(xù)課程學習、設(shè)計、從事實際的科研設(shè)計奠定基礎(chǔ)，以適應信息化的大趨勢。傳熱實驗有別于前繼課程中的教學實驗的主要特點是其典型的工程性、復雜的理論性和直接的現(xiàn)實性。這與前繼課程中的一些教學實驗將錯綜復雜的工程割裂成單一的過程、突出某一典型現(xiàn)象有著顯著的區(qū)別。教學實驗臺的設(shè)計愈來愈趨向模塊化、集成化、小型化、綜合化、信息化、智能化，盡量減少單調(diào)機械的重復勞動，加快實驗進度。先進的實驗臺還具有在線會話與指導功能，讓學生在動手操作的同時，充分感受現(xiàn)代科技的魅力，對于提高實驗效果進而激發(fā)學習興趣，開闊思路，具有重要的意義，也是實驗、教學工作者的努力方向。實驗方式及基本要求 學生為主，充分預習，兩、三人合作完成，教師為輔助。明確實驗目的調(diào)節(jié)儀表記錄數(shù)據(jù)回答問題實驗報告 關(guān)于實驗報告 實驗報告應簡述實驗及儀器操作的基本原理，同時將完成的實驗數(shù)據(jù)以及實驗中發(fā)現(xiàn)的問題、體會記錄在報告中。實驗涉及的比較艱深的理論不作統(tǒng)一要求?？己伺c考試 記分方法：實驗報告成績 實驗表現(xiàn)權(quán)重參數(shù) 實驗紀律。 熱能與動力工程系傳熱/流體實驗實驗項目主要儀器設(shè)備服務課程價格(元)面積(m2)備注恒熱流準穩(wěn)態(tài)平板法測定材料熱物性實驗SE1-2熱物性測定儀 計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工程傳熱學800020參考東南大學熱工實驗空氣橫掠圓柱體局部對流換熱系數(shù)的測定SE-HR1型對流換熱實驗臺低壓直流電源 數(shù)字電位差計 待測圓柱試件 熱電偶 皮托管速度計 傾斜式微壓計工程傳熱學20000空氣繞圓柱體流動壓力分布測定SE-HR1型對流換熱實驗臺 皮托管速度計 傾斜式微壓計 待測圓柱試件流體力學 穩(wěn)態(tài)導熱有限差分數(shù)值實驗計算機實習任務本指導書給出了二個練習題及相應的參考算法。 分別涉及了非線性方程求解、一維穩(wěn)態(tài)導熱問題。要求學生在掌握問題的數(shù)值計算方法的基礎(chǔ)上，畫計算流程圖,說明使用變量的含義,在相互討論的基礎(chǔ)上獨立運用Matlab 或其它工具平臺編寫計算機程序并用所編的程序計算出練習題的數(shù)值結(jié)果，進行相關(guān)討論。上機實驗在7號樓五層軟件基礎(chǔ)實驗室。練習一 非線性方程求解 非線性方程是對流換熱或工程流體力學計算以及工程實際中經(jīng)常遇到的問題，也是數(shù)值分析/計算方法的入門內(nèi)容,由于關(guān)鍵物理參數(shù)不能預先知道，需要反復地疊代計算。1.1 實際問題某鍋爐的爐墻由三層材料疊合而成。最內(nèi)層是耐火粘土磚，壁厚115 mm；中間是B級硅藻土磚，厚125mm；最外層是石棉板，厚度70mm.。已知爐墻內(nèi)外表面溫度495和60，試求每平方米爐墻每小時熱損失，耐火粘土磚和硅藻土磚分界面的溫度。1.2 物理模型鍋爐爐墻可按多層復合平壁穩(wěn)態(tài)導熱過程處理 通過爐墻整體和各層的導熱熱流 （1）各符號的含義見傳熱學教材29頁，t1,t2 為中間層的壁面溫度。由于保溫材料的導熱系數(shù)隨溫度而變，各個都是溫度的函數(shù)，查教材附錄，得 耐火粘土磚 B級硅藻土磚 （2）石棉板 按 常數(shù) 通過爐墻的導熱熱流與各層平壁的溫度分布直接相關(guān),但溫度未知,(1)式等號兩邊都含有未知參量，因此只能假定溫度再反復校核。1.3計算思路參考 假設(shè)待求溫度初始值（譬如對爐墻整體的溫差進行平均分配求得中間層的內(nèi)、外壁面溫度），按各層的平均溫度求出導熱系數(shù)，代入(1)式求出q，再用q對每層運算，求得t1,t2，比較前后t1值是否在設(shè)定誤差eps內(nèi)，若否，把新值賦與舊值重新計算。1.4 建議 求、 q時調(diào)用函數(shù)M文件完成；在程序M文件中完成比較判斷。練習二：一維穩(wěn)態(tài)導熱的數(shù)值計算1.1物理問題圖1示出了一個等截面直肋，處于溫度t=80的流體中。肋表面與流休之間的對流換熱系數(shù)為h=45W/m2.，肋基處溫度tw=300，肋端絕熱。肋片由鋁合金制成，其導熱系數(shù)為=110W/m，肋片厚度為=0.01m，高度為H=0.1m。試計算肋內(nèi)的溫度分布及肋的總換熱量。1.2 用熱量平衡推導解析解（取垂直紙面方向長度1）引入無量綱過余溫度，則以無量綱溫度描述的肋片導熱微分方程及其邊界條件為:(1-2)(1-1) 其中(其中符號含義與教科書楊世銘陶文銓編著傳熱學相同，以下同)。上述數(shù)學模型的解析解見教材p3839。1.3數(shù)值離散1.3.1區(qū)域離散在對方程(1-1)(1-2)進行數(shù)值離散之前,應首先進行計算區(qū)域的離散。計算區(qū)域的離散如圖1所示，總節(jié)點數(shù)取N。1.3.2微分方程的離散由于方程(1-1)在計算區(qū)域內(nèi)部處處成立，因而對圖1所示的各離散點亦成立。對任一節(jié)點i有： 整理上式成迭代形式: (i=2,3,N-1) (1-3)1.3.3邊界條件離散每個內(nèi)部節(jié)點都可得出一個類似的方程。事實上，式(1-3)表達的這個方程組的個數(shù)少于未知數(shù) (i=1,2, ,N)的個數(shù)。因此，還需要根據(jù)邊界條件補充進兩個方程后代數(shù)方程組才封閉。左邊界(x=0)為第一類邊界條件，溫度為已知，因此可以根據(jù)式(1-2)直接補充一個方程為：右邊界為第二類邊界條件，由圖1中邊界節(jié)點N的向后差分來代替式(1-3)中的導數(shù)，得：將此式整理為迭代形式，得：1.3.4最終的離散格式 (i=2,3,N-1) （1-6）1.3.5代數(shù)方程組的求解及其程序代數(shù)方程組有各種求解方法，對于本題較為有效而簡便的方法是 追趕法(TDMA)。方程的系數(shù)矩陣命令提示：求系數(shù)矩陣， 二維數(shù)組a中常數(shù)計算用一維數(shù)組標記中間矩陣L,u1,u2 求u陣的第一行u1(1)=a(1,1);u2(1)=a(1,2);依次求數(shù)組L 、u1,u2分量數(shù)值 for i=1:4 求方程解向量xL(i)=a(i+1,i)/u1(i); y(1) =b(1); u1(i+1)=a(i+1,i+1)-L(i)*u2(i); for i=2:5 u2(i+1)=a(i,i+1); y(i)=b(i)-L(i-1)*y(i-1);end x(5)=y(5)/u1(5); for i=4:1 x(i)=(y(i)-x(i+1)*u2(i)/u1(i);1.4上機要求（1）繪計算流程圖（2）完成離散點的溫度計算 （3）根據(jù)p3839公式求肋片導熱熱流，并同數(shù)值結(jié)果比較（4） 改變肋厚、肋高，分別繪二維曲線圖，反映它們對于熱流的影響（5） 肋片高度增大，實際熱流是否必然增大？ （6） 自編程序與使用matlab命令、語句相結(jié)合實驗一 恒熱流準穩(wěn)態(tài)平板法測定材料熱物性實驗(導熱系數(shù)、比熱容、導溫系數(shù)) 導熱系數(shù)是表征材料熱傳導性能的物理參數(shù)。根據(jù)Fourier定律，導熱系數(shù)的測量可以沿循穩(wěn)態(tài)導熱和非穩(wěn)態(tài)導熱兩種思路。穩(wěn)態(tài)導熱法認為導熱系數(shù)的變化是隨溫度而線性變化的，實驗要求持續(xù)的時間長，需要的設(shè)備比較多，如測量熱流密度時需要引入泵、水循環(huán)系統(tǒng)，且必須計及散熱誤差。非穩(wěn)態(tài)法著眼于“瞬態(tài)”特性，持續(xù)時間較短，可以測量不同溫度條件下的導熱系數(shù)，因而愈來愈受到重視。一、實驗目的1.通過實驗測出溫度變化曲線，進一步加深了解不穩(wěn)定導熱過程的特征。2.對導熱系數(shù)、導溫系數(shù)及比熱容有比較直觀的認識，并掌握快速測試材料熱物性的實驗方法和技術(shù)。二、實驗原理根據(jù)導熱理論，對厚度為2，初始溫度為ti、導熱系數(shù)為、導溫系數(shù)為的無限大平板，當其兩表面用恒熱流密度q加熱時，平板內(nèi)任意點的溫度可表示為: (1)當加熱經(jīng)過一段時間后,即Fo0.5（教材取為0.2）時,（1）式中的級數(shù)項便可略去不計了。這時可得簡單的關(guān)系式 (2)由（2）式可見，板內(nèi)各點溫度隨時間是線性變化的，而與板面垂直的坐標X是成拋物線關(guān)系的。如圖1所示。這就是不穩(wěn)態(tài)導熱達到準穩(wěn)態(tài)時的溫度場特征（“準穩(wěn)態(tài)”）。對于X=的加熱面和X=0的中心面，上式分別寫成：由上面兩式可得導熱系數(shù)為 圖1 實驗原理 w/mK (3) 式中，t =tw-tc 同一瞬時加熱面與中心面間的溫差，；qw單位面積平板表面所獲得熱流量，W/m2；平板的半寬度，m。因為從不穩(wěn)態(tài)導熱達到準穩(wěn)態(tài)時，板內(nèi)各點的溫度是隨時間線性變化的。也就是說，此時板內(nèi)各點溫度對時間的變化率是相同的，故只要測出中心面（或加熱面）的溫度變化率，就可以按定義寫出比熱容的計算式： J/kgK (4)式中：試材的密度，kg/m3；（t/）c中心面的中心溫度變化率，/s。按定義，材料的導溫系數(shù)可表示為： m2/s （5）綜上所述,應用恒熱流準穩(wěn)態(tài)平板法測試材料熱物性時,在一個實驗上可同時測出材料的三個重要熱物性導熱系數(shù)、比熱容和導溫系數(shù)。 關(guān)于準穩(wěn)態(tài)導熱方程解析解的推導和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),見實驗附錄。三、實驗設(shè)備實驗設(shè)備包括SEI-3型準穩(wěn)態(tài)法熱物性測定儀、計算機和實驗控制軟件，如圖2所示。SEI-3型準穩(wěn)態(tài)法熱物性測定儀內(nèi)實驗本體由四塊厚度均為、面積均為F的被測試材重疊在一起組成。在第一塊與第二塊試材之間夾著一個薄型的片狀電加熱器；在第三塊和第四塊試材之間也夾著一個相同的電加熱器；在第二塊與第三塊試材交界面中心和一個電加熱器中心各安置一對熱電偶；這四塊重疊在一起試材的頂面和底面各加上一塊具有良好保溫特性的絕熱層。然后用機械的方法把它們均勻地壓緊。電加熱器由直流穩(wěn)壓電源供電，加熱功率由計算機檢測。兩對熱電偶所測量到的溫度由計算機進行采集處理，并繪出試材中心面和加熱面的溫度變化曲線。 實驗使用熱電偶傳感器采集溫度信號。熱電偶一端由兩種不同金屬熔或焊成接點，接觸測溫對象，另一端則置于冷端（例如環(huán)境氣體或冰水混合物），它將感受的溫差信號轉(zhuǎn)換為微小的電勢差，經(jīng)過軟件系統(tǒng)處理恢復到溫度信號。四、實驗步驟1.用游標卡尺對試材的厚度進行測量（單位：）并用天平稱其稱重（單位：g）。2.將試材按實驗要求裝入SEI-3型準穩(wěn)態(tài)法熱物性測定儀實驗本體內(nèi)。（注：用手拿取試材時一定要拿試材的邊緣，不要用手接觸試材的加熱面，以免破壞試材的初始溫度場。）3.接通計算機和SEI-3型準穩(wěn)態(tài)法熱物性測定儀電源。使計算機進入Windows操作系統(tǒng)。在計算機桌面上雙擊SEI-3圖標，使計算機進入SEI-3型準穩(wěn)態(tài)法熱物性測定儀的教學實驗軟件系統(tǒng)（如圖3）。4.仔細閱讀教學實驗軟件系統(tǒng)上的實驗步驟。點擊“我認真閱讀了實驗步驟”按鈕.5.在相應的欄目內(nèi)按要求輸入試材名稱、試材厚度、試材重量和預計試材導熱系數(shù)（試材厚度和重量為單塊試材的平均厚度和重量）。輸入完成后，計算機在相應的欄目內(nèi)給出試材容重和實驗加熱電壓。加熱器預加電壓分串、并聯(lián)兩種。對應 SEI-3型準穩(wěn)態(tài)法熱物性測定儀的功率選擇為大（并）、?。ù┲?。通常SEI-3型準穩(wěn)態(tài)法熱物性測定儀的功率選擇開關(guān)選擇在?。ù┪恢?，只有當加熱器預加電壓（串聯(lián)）大于20伏特時，再選擇在大（并）的位置。調(diào)節(jié)SEI-3測定儀的電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使加熱電壓在加熱器預加電壓值附近。將實驗人員的學號填入“學號”欄目內(nèi)，點擊“加入學號”按鈕。實驗人員學號輸入完成后點擊“確認小組學號”按鈕，即可進行實驗。圖 3 教學實驗軟件系統(tǒng)界面6.點擊“測量”按鈕并同時打開SEI-3測定儀的加熱開關(guān)。觀察加熱表面和絕熱表面的溫度變化過程，當兩表面的溫差不變時,即溫差曲線走平時，表明不穩(wěn)態(tài)導熱達到準穩(wěn)態(tài)時的溫度場特征，可點擊“結(jié)束”按鈕并關(guān)閉SEI-3測定儀的加熱開關(guān)（如圖4）。圖 4 實驗進入準穩(wěn)態(tài)曲線7.如果有打印機，可點擊“打印”按鈕，打印出實驗所有數(shù)據(jù)。沒有打印機可點擊“保存”按鈕，保存所有實驗數(shù)據(jù)。點擊“復位”可重新實驗，點擊“退出”可結(jié)束實驗。最后將保存的實驗數(shù)據(jù)讀出，記錄在實驗數(shù)據(jù)表中。五、試材熱流密度qw的計算這里我們雖然用薄片狀電加熱器加熱，但它畢竟有一定的熱容量，在加熱過程中，加熱器本身要吸收熱量，且先于試材。因此試材實際所吸收的熱量必需從電功率中扣除電加熱器所吸收的熱量。根據(jù)實驗原理，我們僅研究電加熱器對中間兩塊試材加熱時的溫度變化就可以了，但為了避免因電加熱器向外難以估計的散熱給qw的計算帶來困難，所以在兩加熱器外側(cè)各補上一塊同厚度的試材并加以保溫，這樣，電加熱器將同等地加熱其兩側(cè)的每塊試材，每塊試材內(nèi)的溫度場對于電加熱器是對稱的。兩個同樣的電加熱器是并聯(lián)（或串聯(lián)）供電的?；谝陨戏治觯嚥谋砻鎸嶒炈盏臒崃繎獮椋?W/m2 (6)式中U 加熱器的電壓，V； I 加熱器的電流A； F 加熱器（即試材）面積，； Ch = 0.079 J/加熱器單位面積的比熱容；加熱器（也是試材加熱面的溫度變化率），準穩(wěn)態(tài)時，有，/s。六、實驗要求1.預習實驗指導書，弄懂實驗原理和實驗方法。2.細心裝配試材，電加熱器和熱電偶，避免損壞。3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù),繪出溫度變化曲線。計算出試材的導熱系數(shù)、比熱容和導溫系數(shù)。七、實驗數(shù)據(jù)記錄試材名稱 ；試材厚度 ；試材重量 g加熱電流 A；加熱電壓 V；試材面積 100100 2時 間熱面溫度冷面溫度時 間熱面溫度冷面溫度時 間熱面溫度冷面溫度05301130611301630121307123027301323081330383014330914304930154301015305103016八、思考題1.本實驗方法有哪些方面的誤差？如何減少？2.試材與試材間和試材與電加熱器間都有縫隙，存在著接觸熱阻，它們對測試結(jié)果有何影響？3.如因加工偏差而使中間二塊試材厚度不等，一塊厚度為1.2，另一塊厚度為0.8，其余條件不變，試計算由此而引起的測試結(jié)果的偏差各為多少？4.如果將兩對熱電偶接成溫差熱電偶，測出加熱面與中心面的溫差，計算出試材的導熱系數(shù)。這樣做法行嗎？如行的話，實驗怎樣做？5.本實驗裝置可否用于測量金屬等良導體的熱物性？可否用于測量濕材的熱物性？6.如欲測試材在不同溫度下的熱物性，可采取什么措施？7.本實驗裝置在四周既無輔助的加熱器又無保溫，這會造成較大誤差嗎？為什么？8.本實驗裝置對試材頂部和下部的保溫材料有什么要求？9.能否用此法測定導熱系數(shù)很小的試材熱物性？測導溫系數(shù)很小的試材行嗎？實驗二 空氣橫掠圓柱體時局部換熱系數(shù)的測定 流體繞流圓柱（包括球）的流動，是理想流體勢流流動教學的難點，也是工程應用中普遍采用的技術(shù)，如汽車、火箭、飛機、導彈等的表面形狀與阻力計算、足球、高爾夫球運動的升力控制等的基礎(chǔ)；實際流體繞固體流動的壓力變化與邊界層及其分離緊密聯(lián)系的，概念規(guī)律更加復雜。 流動與傳熱保持著天然的聯(lián)系，流體繞流圓柱對流換熱局部表面換熱系數(shù)是比較抽象的概念，流體外掠固體表面特別是曲面表面時，局部表面換熱系數(shù)變化很大，是柴油機的水、油冷卻器、火力發(fā)電、能源化工、制冷空調(diào)等行業(yè)的熱交換器設(shè)計制造的重要參考數(shù)據(jù)。 本實驗在充分借鑒吸收現(xiàn)有兄弟高校實踐成果的基礎(chǔ)上，將實驗臺設(shè)計為體積小型化，設(shè)備集成化、功能多樣化，并且為數(shù)據(jù)采集與處理的自動化、智能化預留發(fā)展空間，為教學人員、學生提供新的科研天地，不僅如此，它對于其它實驗臺的設(shè)計也有啟示。 一 實驗目的 了解實驗裝置的原理、構(gòu)成、實驗方法；整理實驗數(shù)據(jù)，觀察圓柱表面局部換熱系數(shù)的變化特點；*(較高要求)分析數(shù)據(jù)變化的原因，加深理解對流換熱的規(guī)律。二 實驗原理 圓柱表面一點的局部換熱系數(shù)式中，q物體表面的熱流密度 t某一圓周角處表面的溫度 tf空氣來流溫度當圓柱表面熱流密度恒定，且被溫度均勻、流速恒定的空氣平行流橫掠時，圓柱溫度沿圓周角度的變化直接反映表面換熱系數(shù)的特性。三 實驗裝置實驗系統(tǒng)包括箱式風源（小型風洞）、風道、實驗圓柱體，以及穩(wěn)壓電源、測量儀表，圖2所示。箱式風源中包括風機、穩(wěn)壓箱、氣流收縮口。風源入口有一調(diào)節(jié)風門，可改變來流風速的大小。風箱頂部中央是氣流出口，氣流被均流化，成為平行流。有機玻璃風道中間橫置可旋轉(zhuǎn)的膠木圓柱體（圖1），圓柱中間段沿圓周方向包覆一層不銹鋼片，片的內(nèi)表面布置一對銅康銅熱電偶，不銹鋼片的兩端與電源導板相連。熱電偶熱端的位置由相對來流前駐點的角度表示。從圓形刻度盤讀數(shù)。在圓柱體的上游來流截面架設(shè)皮托管，以測量來流總壓（或流速）。圓柱體的不銹鋼片由硅整流電源提供的低壓大電流直流電加熱，同時串聯(lián)標準電阻。用數(shù)字毫伏表或者電位差計測量標準電阻上的電壓，以此確定不銹鋼片的電流。本實驗采用電位差計，因受量程限制，測量線路中必須接分壓箱。 為了簡化測量系統(tǒng)，用熱電偶測量圓柱表面溫度時的冷端（參考點）溫度不用0而是氣流溫度tf。熱電偶的熱端接點連在不銹鋼片上，另一端即冷端接觸空氣氣流。熱電偶記錄的是圓柱表面與空氣氣流的溫度差產(chǎn)生的熱電位差。該熱電勢差信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)用同一臺電位差計測量。 將圓柱體旋轉(zhuǎn)到不同的角度位置，就可測出該處圓柱表面的溫度?？諝鈦砹魉俣瓤捎善ね泄?、傾斜式微壓計測出，空氣來流溫度由水銀溫度計讀出。 圖1 實驗圓柱體的結(jié)構(gòu) 1 風道 2 膠木圓柱體 3 不銹鋼片 4 熱電偶 5 電源導板13圖2 實驗裝置示意圖1 低壓直流電源 2 風源3 實驗段風道 4 圓柱試件 5 標準電阻 6 熱電偶的熱接點 7 熱電偶的冷端 8 分壓箱 9 轉(zhuǎn)換開關(guān)10 電位差計 11 傾斜式微壓計 12 皮托管 13 調(diào)節(jié)風門四 實驗步驟1 開啟風機，調(diào)節(jié)風門位置，用皮托管測量空氣流速。2 旋轉(zhuǎn)圓柱體，使其測溫點處于來流前駐點的位置。3 將整流電源的電壓調(diào)節(jié)旋鈕旋轉(zhuǎn)至電壓為0的位置，再按下開機按鈕。4 逐步提高整流電源的輸出電壓，給不銹鋼片緩慢加熱，至預定溫度，為了不損壞試件且測溫精度足夠，不銹鋼片表面溫度應在80以下，采用逐步加熱和反復試探法確定溫度。5 待熱穩(wěn)定后，用電位差計測量前駐點位置=0的溫差熱電勢。6 從前駐點位置開始，每增加10角，待熱穩(wěn)定后，記錄一次電勢差（溫差），直至=180。 7 當圓柱一半周面轉(zhuǎn)過之后，在另一半周面選取幾個測點，作對稱性檢驗。五 實驗已知條件和數(shù)據(jù)處理風道通流截面0.08m0.16m 圓柱直徑D=4810-3m不銹鋼片厚度=110-3m 寬度b=4010-3m 總長度L=0.147m計算公式1 圓柱表面溫度 溫差信號采集借助于銅康銅熱電偶傳感器，當氣流溫度與熱電偶熱端溫差介于5080內(nèi)，熱電偶冷熱端每1溫差對應熱電勢0.043mV。則溫差2 流過不銹鋼片的電流 實驗中標準電阻150A/75mV,故該電阻上每1mV電壓對應的電流強度2A，I=2U1式中U1是標準電阻兩端電壓。3 不銹鋼片兩端壓降U=KU210-3 式中K 是分壓箱倍率，K=201；U2是分壓箱后測得電壓,mV4 空氣來流速度式中，是空氣密度，由氣流溫度查表得出； h是皮托管測得來流動壓，mmH2O5 局部表面對流換熱系數(shù) 實驗作如下假設(shè)： 電加熱功率均勻分布在整個圓柱表面； 不計圓柱表面向周圍的輻射散熱 忽略圓柱不銹鋼片的沿周向?qū)?6 無量綱數(shù) 定性尺寸為圓柱外直徑，定性溫度取圓柱表面和空氣的平均溫度。六 實驗要求 實驗數(shù)據(jù)記錄 空氣氣流溫度 C大氣壓強 (Kpa) U1 V U2 (V) h mH2Ot-tfht-tfh0180101902020030210402205023060240702508026090270100280110290120300130310140320150330160340170350注意1 實驗前應了解實驗裝置構(gòu)造和使用方法2 圓柱溫度不得超溫。3 實驗結(jié)束，先關(guān)加熱電源，空氣繼續(xù)流動，待試件降溫足夠低后再關(guān)風機。七 思考1 圓柱體在實驗風道截面上的投影面積與風道截面積之比是阻塞比，求實驗裝置的阻塞比，并分析它對于對流換熱的影響。2 實驗處理數(shù)據(jù)忽略哪些傳熱，為什么可以忽略？如果應當考慮，應如何計算局部傳熱系數(shù)？3 熱電偶與圓柱前駐點之間的夾角0180、180360局部換熱系數(shù)應對稱，如果實驗結(jié)果不對稱分布，試說明原因。4 由于加工與裝配的誤差，使得當刻度盤指示=0時熱電偶不完全在前駐點，如何實驗確定熱電偶在前駐點時刻度盤的指示角？附屬實驗/選做實驗 空氣繞圓柱體流動壓力分布測定一 實驗目的學習固體表面壓力的測量方法結(jié)合流體力學,進一步了解平行無環(huán)流繞流圓柱體的特點*(較高要求) 與教材給出的理論壓力分布比較,了解實際物體所受的形狀阻力的來源二 實驗原理理想流體平行流繞流圓柱體作無環(huán)量流動時，圓柱表面速度分布 (1) 圓柱表面任一點的壓力p根據(jù)Bernoulli方程 (2)引入無量綱壓力系數(shù) cp來表征物體上任一點的壓力分布 （3）實際流體具有粘性，Re超過某數(shù)值，圓柱后產(chǎn)生渦流，出現(xiàn)尾渦區(qū)，破壞圓柱前后壓力的對稱分布，造成壓差阻力。流動動壓 (4)式中h0h分別為來流總壓與靜壓水頭。圓柱表面一點的壓力p (5) 對應的壓力系數(shù) (6)實驗中的空氣發(fā)生比較低