单吹瞬变技术测试紧凑换热型面性能实验指导书
一实验目的
本实验目的：
1）了解单吹瞬变技术测试紧凑换热型面性能原理
2）在试验台上完成一种换热型面性能瞬变特性实验测试
3）做出出口温度的瞬变响应曲线
二实验原理
对于紧凑式换热器，由于其内流体流动、换热状况十分复杂，借助于实验手段研究新型高效紧凑换热面换热和阻力性能，是一有效方法。目前国内外对紧凑式换热面一般都采用不需测壁温的间接方法来确定其换热系数，分为二种：（1）稳定态法；（2）瞬变法。由于瞬变法具有测试方便、迅速，可测范围大等优点，因而日益受到人们的重视。
单吹瞬变技术测试紧凑换热型面性能原理为：当流体流过给定换热面，对之进行突然加热或冷却时，流体出口温度的随时变化是流体进口温度条件和流体与该换热面之间的传热单元数NTU的单值函数。因此，只要事先求得了这一函数关系，就可将实验测得的流体出口温度的随时变化与计算所得的曲线簇直接进行配比，或者按其它特征相互配比。通过配比，与实际测值最相吻合的那条理论曲线的NTU值，就是该换热面在测定工况下的NTU值。然后，根据NTU的定义就可求得其平均换热系数
或者传热因子j。
瞬变法的数学模型都是建立在下列假定之上的：
1）固体壁面均匀分布于整个换热器容积中；
2）流体和固体壁面的物性均为定值，不随温度变化；
3）流体的流动是稳定的；
4）在垂直于流体的流动方向上，流体和固体壁面的导热系数均可作为无限大，这一假定相当于流体在这一方向上能充分混合，而壁面又很薄的情况；
5）沿流动方向，流体的导热系数略而不计；
6）测试前，壁面温度和流体温度都是均匀的，各等于Ti；
7）试件的周面与外界是绝热的。
在上述假定下，根据流体和固体壁面的热平衡关系，可求得如下：
流体： (1)
固体： (2)
式中：——充贮于换热器空容积中的流体质量(kg)；——流体的定压比热(J/kgK)；——流体的质量流速(kg/s)；——换热面的流程长度(m)；——换热面积(m2)；——固体壁面的质量(kg)；——固体比热(J/kgK)；——固体的导热系数(w/mK)；——沿流动方向的有效导热截面积(m2)；和分别为流体和固体的温度(K)。
上面的热平衡方程经过变形转换得：
(3)
(4)
边界条件:
: ， (5)
: (6)
初始条件:
: (7)
在上述各式中，传热单元数、无量纲参数、，无量纲温度、、无量纲空间坐标和无量纲时间，其中。tf和tw分别为流体和固体的温度，t0为初始温度，tf,i为试件进口处流体温度。
当进口温度条件不同时，出口温度的解不同。进口温度任意变化，出口温度：
(8)
三实验装置
本实验装置为开式，试验台主要由双纽线进口段、空气加热装置、吸风式直流风洞、试验段和测试系统组成，如下图：
图1实验装置组成
1.进风口 2.稳定段1 3.加热器 4.稳定段2 5.测压段1
6.实验段 7.测压段2 8.方圆过渡段 9.稳定段3 10.涡轮流量计
11.稳定段4 12.扩压段 13.风机和电动机 14.热电偶 15.阀门
实验装置各部分的作用
（1） 进风口1（收缩段）。使气流均匀加速的收缩管道。
（2） 稳定段2。使气流保持均匀的等直径管道。
（3） 加热器3。一方面，由于纱网（又称整流网）的作用，可以降低气流的紊流度和不均匀度；另一方面，对气流进行加热。
（4） 稳定段4。使气流保持均匀的等直径管道。
（5） 测压段5。安装进口压力测点。
（6） 实验段6。安装测试换热面。
（7） 测压段7。安装出口压力测点。
（8） 方圆过渡段8。连接方管和圆管。
（9） 扩压段9。把气流的动能转变为压力能，以减小压力损失。
（10） 涡轮流量计10。测量风量。
（11） 稳定段11。使气流保持均匀的等直径管道。
（12） 扩压段12。连接管道与风机。
（13） 风机13。气流在管道中的能量耗散，表现为压力下降。风机的作用正是提高气流的压力。当二者达到平衡时，装置便能稳定运转。启动时，施加的能量大于气流在流动中的耗散，速度则增加。减速或关车则相反。
（14） 热电偶组14。测量换热面进出口温度。
（15） 阀门15。
四、测量系统
本实验系统要测量的量有：压力、流量、温度。压力由两台1151DP型差压变送器测量，量程分别为300Pa（0.1级）和3 kPa（0.2级），根据信号大小切换。空气流量采用气体涡轮流量计测量，精度0.15级，量程510 m3/h。测量流过试件的空气进出口温度，是在试件进出口截面上分别安装了2个热电偶温度计，该温度计由12支直径为0.1mm的热电偶串联而成，热电偶均布在流道截面上。经标定，热电偶的稳态测温误差0.1℃，动态测温误差0.2℃。
五、实验步骤
1) 测量当地大气压，温度、湿度，并记录；
2) 接通电源（包括风机、加热器、计算机等），使各实验装置及仪表处于工作状 态，以准备开始实验；
3) 打开计算机，运行实验程序，将进出口温差偏差设定为0.2℃，风速偏差为5%，温差偏差设为0.2℃，采样时间间隔为20s；
4) 点击“开始实验”，选择差压变送器后，风机自动运行，开始向整个实验段吹风，使得进出口温度达到相同数值；
5) 当程序记录下连续10次进出口温度偏差在0.2℃的范围之内时，程序界面上部“设定风速”窗口将变为高亮，并且左下角“提示窗口”将现出提示字样“调节风机频率以达到指定风速”。此时需在程序界面“设定风速”窗口添入实验所需风速，同时在程序界面右上角处调节风机频率，以使风速达到指定的风速。调节时需注意，不可以调节过快，边调节边注意实际风速的大小，当实际风速与设定风速相同时，停止调节；
6) 风速调节好后，当程序记录下连续10次实际风速与设定风速偏差范围在5%之内，程序界面左下角提示窗口将显示“调节加热器功率使得进口温度达到指定温度”（本实验一律采用温升为15℃）。调节时同上，不可以调节过快，边调节边注意实测进口温度，当实测进口温度与设定进口温度相同时，停止调节；
7) 温度调好后，当程序记录下连续10次实测进口温度与设定进口温度偏差范围在0.2℃时，程序将自动将风机频率调节到50%的吹冷风机频率，将进口吹冷，使得进出口温度再次保持一致。当程序记录下连续10次进出口温差偏差在0.2℃的范围之内时，程序再次自动调节风机频率，使得风机达到刚刚在步骤4调节的频率，风速达到设定风速。稳定后，当程序记录下连续10次实际风速与设定风速偏差范围在5%之内时，程序下面的数据采样显亮，点击数据采样后，输入文件名，按“确定”后，加热器开始加热，同时程序将在20秒内完成采样，这样就完成了一个工况的实验；
8) 一个工况采样结束后，风机风速又回复到50%风机频率时的风速对实验段吹冷，以准备开始下次试验。此时，重复4-6步实验步骤，从而得到所有所需工况的采样数据；
9) 实验结束后，关闭所有电源，整理好实验设备，以备下次实验时使用。
注意事项：
（1）调换试件时，保护好热电偶，不能使其受损；
（2）安装好试件后，要检查风洞各段是否漏风，如有漏风应将漏风处密封；
（3）实验前，应检查各实验装置及仪表，确保其处于正常工作状态；
（4）在步骤5和步骤6有可能遇到加热器电保护系统自动跳闸现象如果是在步骤5只需将开关再次闭和即可，但是如果是在步骤6遇到这种情况，则需要将这个工况从头开始再做一次。