有无环境风条件下圆柱形腔体复合热损失特性实验研究

摘要

本文采用电加热的方法，基于定热流加热的条件,通过实验研究探讨在无环境风和有环境风条件下腔体倾角φ、风向角α、风速V、加热面的位置以及输入总热流密度q等五种因素对圆柱形腔体各项热损失的影响规律。在无环境风条件下，包括单独底面加热、单独侧面加热以及所有壁面加热三种加热条件；在有环境风条件下，包括单独底面和所有壁面加热两种加热条件。实验结果主要包括：
　　在无环境风条件下，腔体底面的温度始终在一个很小的范围内波动，而腔体侧面的温度随着与底面距离的增加而减小，同一截面上各个测点的温度值与测点位置相关。相比于辐射热损失和导热热损失，自然对流热损失更容易受到腔体倾角变化的影响，同时这种影响程度的大小与加热面的位置有关。当输入热流密度一定时，自然对流热损失的努谢尔特数Nuc,n随着腔体倾角的增大而显著减小，然而倾角的变化对辐射热损失的努谢尔特数Nur,n影响很小。
　　与无环境风条件下腔体表面温度的分布规律不同，在有环境风条件下同一个截面上各个测点的温度值与测点的位置无关，同时腔体表面的温度随着风速和风向角的增大而降低。在有环境风条件下腔体的各项热损失受到风速和风向角的共同影响，变化规律比较复杂，与无环境风条件下腔体的各项热损失随倾角的改变而单调变化有明显区别。另外，无环境风条件下自然对流热损失和辐射热损失的努谢尔特数的变化主要受到倾角的影响，然而在有环境风条件下，风速和风向角是影响自然-强制混合对流热损失的努谢尔特数Nuc,w和辐射热损失的努谢尔特数Nur,w的主要因素。
　　此外，实验中分别获得了无环境风条件下自然对流热损失和辐射热损失的努谢尔特数的实验关联式以及有环境风条件下混合对流热损失和辐射热损失的努谢尔特数的实验关联式，并且对实验结果进行了不确定度分析。

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主要符号表

1 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1无环境风条件下的研究

1.2.2有环境风条件下的研究

1.2.3小结

1.3本课题研究内容

2 实验本体设计及实验原理

2.1实验台的设计

2.1.1实验装置材料的选取

2.1.2腔体尺寸的确定

2.1.3热电偶的布置

2.1.4腔体加热装置的设计

2.1.5角度调节装置的设计

2.2风道的设计

2.2.1风道尺寸的确定

2.2.2风速调节装置的设计

2.2.3风向角调节装置的选取

2.2.4风速测量装置的选取

2.3实验设计中的简化

2.4实验原理

2.4.1导热热损失的计算

2.4.2辐射热损失的计算

2.4.3对流热损失的计算

2.4.4对流热损失的努谢尔特数Nuc和辐射热损失的努谢尔特数Nur

2.4.5格拉晓夫数Gr与雷诺数Re

2.5温度采集及实验步骤

2.5.1制作热电偶

2.5.2标定热电偶

2.5.3安装热电偶

2.5.4温度采集仪器

2.5.5实验测量仪器

2.5.6实验步骤

3 实验结果及分析

3.1实验结果计算工具

3.2实验结果分析

3.2.1无环境风条件

3.2.2有环境风条件

3.3实验数据回归分析

3.3.1实验数据回归结果

3.3.2线性回归模型的验证

4 实验不确定度分析

4.1不确定度评定的分类

4.1.1根据评定方法分类

4.1.2根据不确定度的特征分类

4.2合成标准不确定度

4.3实验不确定度计算

4.3.1努谢尔特数的随机标准不确定度

4.3.2努谢尔特数的系统标准不确定度

4.3.3努谢尔特数的合成标准不确定度

5 结 论

致谢

参考文献

附 录