本发明涉及非稳态法实验方法领域，具体地，涉及测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法及系统；尤其涉及采用非稳态法测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法。
背景技术：
1、具有初始温度t的物体，被突然置于有确定温度的流场中，该物体与流场构成一个非稳态的换热体系。在这个非稳态换热体系中，包含着两个传热环节：一个是物体内部的导热；另一个是流体于物体边界的对流换热。其中影响对流换热的关键参数就是对流换热系数。
2、目前，直接测定对流换热系数的方法分为稳态法与瞬态法。稳态法对实验条件要求苛刻,需要长时间加热达到稳态，实验周期长，误差大。瞬态法由于实验周期短，误差小，近年来被广泛运用于对流换热系数测量实验，通常所说的瞬态法是通过瞬时提高来流温度或者壁面温度来达到温度阶跃，测量窄幅热色液晶显色时间，通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到测量表面的对流换热系数。如专利文献cn116519259a所述的一种具有宽适用性的瞬态法固壁表面换热系数测量方法，专利文献cn106468671a所述的一种瞬态液晶用于测量对流换热系数的非稳态测量方法。
3、实验中要达到温度的阶跃通常不容易实现，只能是近似阶跃，需要进行逐级阶跃或者指数函数进行修正。这种处理方式可以近似解决入口温度非阶跃响应问题。但是如果实验中存在涡流,采取突然提高来流温度的方法，并不能确定涡流温度随时间的变换曲线，对实验结果造成很大的误差。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法及系统。
2、根据本发明提供的一种测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，包括以下步骤：
3、步骤s1，用游标卡尺及直尺测量圆柱的直径及长度；
4、步骤s2，设置恒温干燥箱内部温度，将圆柱放入恒温干燥箱内加热；
5、步骤s3，将热电偶冷端接入数据采集仪，并打开数据采集软件，观测数据确保热电偶的可靠性，同时记录室内温度；
6、步骤s4，取出步骤s2中加热后的圆柱放置到支架上，连接所述热电偶测温端；
7、步骤s5，所述圆柱与周围空气进行自然对流换热，观察圆柱的冷却过程，记录温度随时间的变化关系，并保存实验数据；
8、步骤s6，在强制对流实验中，先开启风源系统，并借助风速仪调节风速，然后取出步骤s2中加热后的圆柱放于支架，连接所述热电偶进行数据采集，保存实验数据；
9、步骤s7，借助风速仪和风源系统改变常温气流的风速，重复步骤s6中的步骤；
10、步骤s8，整理实验数据和实验设备，实验结束。
11、优选地，在步骤s2中，所述恒温干燥箱内部温度设置为100℃，所述圆柱放入恒温干燥箱内加热时间为20分钟。
12、优选地，在步骤s5中，降温范围为20℃。
13、优选地，在步骤s6中，调节风速为4m/s。
14、优选地，在步骤s7中，调节风速为6m/s。
15、优选地，实验方法采用非稳态法进行对流换热系数的测量，由传热学可知，当毕渥数bi<0.1时可以利用集中参数法进行分析，根据导热微分方程的一般形式进行简化或利用能量守恒分析法可得：
16、
17、式中：h为换热系数，a为圆柱表面积，t∞为环境温度，ρ为圆柱密度，c为圆柱比热，v为圆柱体积，(集中参数法和导热微分方程为本领域已知的计算方法)；
18、引入过余温度θ＝t-t∞，则以过余温度表示的初始条件为θ0＝t0-t∞，再进行积分求解，可以得到圆柱温度随时间的变化规律：
19、
20、式中，t为圆柱的表面温度，t0为圆柱的初始温度，τ为时间；
21、因此，通过记录圆柱表面温度的变化，就可以计算得到圆柱表面的换热系数，为了方便计算，将等号两边取对数，即：
22、
23、可得到关于与τ的曲线，曲线为一条直线，即为直线的斜率k，进行计算得出对流换热系数h。
24、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
25、本申请提供了一种以传热学中非稳态导热求解法中的集中参数分析法为基础设计的物体与周围空气之间的自然对流和强制对流换热系数测定方法，解决了稳态法(目前学生教学实验中常用的方法)稳定时间长，误差大的问题，以及目前非稳态法中，温度阶跃不易实现，在本科生教学实验中测量热色液晶显色时间系统复杂，不易实现的问题。
1.一种测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于：在步骤s2中，所述恒温干燥箱内部温度设置为100℃，所述圆柱放入恒温干燥箱内加热时间为20分钟。
3.根据权利要求1所述测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于：在步骤s5中，降温范围为20℃。
4.根据权利要求1所述测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于：在步骤s6中，调节风速为4m/s。
5.根据权利要求1所述测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于：在步骤s7中，调节风速为6m/s。
6.根据权利要求1所述测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于：
7.一种测量自然对流和强制对流换热系数的系统，其特征在于，包括以下模块：
8.根据权利要求1所述测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于：在模块m2中，所述恒温干燥箱内部温度设置为80-100℃。
9.根据权利要求1所述测量自然对流和强制对流换热系数的实验方法，其特征在于：在模块m5中，降温范围为20℃-30℃。
