內(nèi)科大傳熱學(xué)實驗指導(dǎo)

傳熱學(xué)實驗指導(dǎo)實驗一平板穩(wěn)態(tài)法材料導(dǎo)熱系數(shù)測定實驗實驗?zāi)康撵柟毯蜕罨€(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的基本理論，掌握平板穩(wěn)態(tài)法材料導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法。掌握使用熱電偶測量溫度的方法。實驗原理導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量，對不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是不同的。對于同一種材料，導(dǎo)熱系數(shù)還隨著溫度、壓力、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、重度等因素而變化。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)都采用實驗的方法進行測定。本實驗是根據(jù)第二類邊界條件，無限大平板的導(dǎo)熱問題來設(shè)計的，設(shè)平板厚度為2δ，初始溫度為t0，平板兩面受恒定熱流密度qc均勻加熱，求任何瞬間沿平板厚度方向的溫度分布t(x,t)。導(dǎo)熱微分方程、初始條件和第二類邊界條件如下：t(x,u)=t0對上述方程求解得：式子中λ------平板的導(dǎo)熱系數(shù)（w/m℃）(w/m·k)δ-------平板厚度（m）Δt-------穩(wěn)態(tài)時平板上下溫度（℃）實際上，無限大平板是無法實現(xiàn)的，實驗總是用有限尺寸的試件。一般認(rèn)為，試件的橫向尺寸為厚度的6倍以上時，兩側(cè)散熱對試件中心的溫度影響可以忽略不記。試件兩端中心處的溫度差就等于無限大平板時兩端面的溫度差。實驗裝置本實驗裝置是由上海綠蘭教學(xué)設(shè)備廠生產(chǎn)，主要由平板試件1-4，絕熱層，熱電偶，加熱器，穩(wěn)壓電源等組成。如圖所示：試件試件采用有機玻璃板制成，其尺寸為：100mm×100mm×10mm，共四塊，尺寸完全相同。加熱器加熱器采用高電阻康銅制成，其形狀與試件相同，尺寸也是100mm×100mm。兩個加熱器的電阻值及尺寸都相同，阻值約為100s（詳細(xì)請見設(shè)備標(biāo)注）。絕熱層絕熱層采用導(dǎo)熱系數(shù)比試件小的材料制成，力求減少熱量通過。使試件1-4與絕熱層的接觸面接近絕熱，這樣就可以假定式中的熱量等于加熱器發(fā)熱量的1/2。電熱偶利用電熱偶測量試件2兩側(cè)的溫度。熱電偶由0.1mm的康銅銅絲組成，可以采用電位差計進行熱電勢的測量，由此查閱熱電偶分度表得到對應(yīng)的溫度值，熱電偶的冷卻端（自由端）放在冰瓶中，保持零度。實驗步驟實驗前期的準(zhǔn)備工作，包括接好電源線，放好試件，接通加熱器、熱電偶等的線路，準(zhǔn)備好冰瓶并保持零度。校對電位差計（詳見電位差計使用說明）。接通加熱器開關(guān)K，給加熱器通以恒定的電流（實驗過程中，電流不允許變化），約30分鐘后，每隔5分鐘測試試件2上、下面的溫度，當(dāng)兩溫度讀數(shù)幾乎保持不變時導(dǎo)熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時記下兩溫度讀數(shù)，以及電加熱器的電流值。改變電加熱器電流的大小，重復(fù)上述步驟兩到三次。實驗結(jié)束，關(guān)閉電源開關(guān)，整理儀器設(shè)備。五.實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1.實驗數(shù)據(jù)記錄將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中加熱器電阻R(Ω)加熱器電流I(mA)試件2t1(℃)試件2t2(℃)12345實驗數(shù)據(jù)處理A--------電加熱器有效加熱面積六.問題討論1.不同溫度下導(dǎo)熱系數(shù)是否相同,為什么?2.造成實驗誤差的原因有那些,采取哪些措施能夠消除誤差?

實驗二自由對流換熱系數(shù)測定實驗實驗?zāi)康牧私庾杂蓪α鲹Q熱機原理，熟悉自由對流換熱過程，測定自由對流換熱系數(shù)。學(xué)會利用熱電偶測量溫度的正確方法。實驗原理根據(jù)牛頓定律，可求得自由對流情況下的換熱量：Q=α·A·(t1-tf)（W）式中：Q-------對流換熱量（W）α-------對流換熱系數(shù)（W/m2·℃）A-------自由對流換熱體有效換熱面積（m2）t1-------自由對流換熱體表面平均溫度（℃）tf-------環(huán)境溫度（℃）上式可以簡化為；實驗儀器設(shè)備實驗儀器設(shè)備是由上海綠蘭教學(xué)設(shè)備廠生產(chǎn)的自由對流換熱系數(shù)測定實驗裝置，主要由自由對流換熱體、電加熱器、測溫?zé)犭娕肌⑥D(zhuǎn)換開關(guān)、數(shù)顯溫度計等組成，自由對流換熱體分別是由d1=20mmL1=1.0mL2=1.2md3=60mmL3=1.8m和d4=80mmL4=2.0m四根不銹鋼段組成，示意圖如下所示；下圖為電加熱控制及測量儀器箱：圖中：1.數(shù)顯溫度計2.電壓表3.電流表4.轉(zhuǎn)換開關(guān)5.電加熱開關(guān)6.加熱器電壓調(diào)節(jié)旋扭7.輸出電壓接線柱8.熱電偶輸入接線實驗步驟實驗前期準(zhǔn)備工作，包括電源線、電熱偶信號線的連接等。接通電源，選擇實驗對流換熱體，合并上開關(guān)5，并調(diào)節(jié)相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)旋扭6，選定一合適的電壓，電流值。并記錄電壓、電流讀數(shù)。通電約30分鐘后，自由對流換熱達(dá)到穩(wěn)態(tài)，此時分別按下轉(zhuǎn)換開關(guān)，觀察對流換熱體上不同點的溫度變化情況，等待其穩(wěn)定不便時，可讀取溫度值。重新選擇自由對流換熱體，重復(fù)上述步驟2、3，直到四個不同形狀換熱體全部實驗完畢為止。本實驗為自由對流換熱實驗，在實驗進行過程中應(yīng)該盡可能避免人員的走動，以免造成空氣的流動，給實驗帶來較大的誤差。記錄環(huán)境溫度。實驗完畢，關(guān)閉電源開關(guān)，整理儀器設(shè)備。實驗數(shù)據(jù)記錄與處理把實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中環(huán)境溫度tf、電壓(V)電流（A）自由對流換熱體表面溫度（℃）t1t2t3t4t5t6換熱體1換熱體2換熱體3換熱體4實驗數(shù)據(jù)處理自由對流換熱量：自由對流換熱體有效換熱面積：自由對流換熱體表面平均溫度t1：自由對流換熱系數(shù)：問題討論造成實驗誤差的原因有哪些，應(yīng)該如何解決？不同幾何形狀，不同溫度的自由對流換熱體，其自由對流換熱系數(shù)是否相同，為什么？

實驗三綜合傳熱性能實驗一、實驗?zāi)康?.了解熱管換熱器的工作原理，熟悉其使用方法。2.掌握熱管換熱器換熱量和傳熱系數(shù)的測試及計算方法。二、實驗原理及實驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)熱管換熱器實驗臺的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖中：1—翅片熱管2—熱段風(fēng)道3—冷段風(fēng)道4—風(fēng)機5—電加熱器6—工況選擇開關(guān)7—熱電偶8—測溫切換琴鍵開關(guān)9—熱球風(fēng)速儀（圖中未畫出）10—冷端熱電偶接線柱11—電位差計接線柱12—風(fēng)速測孔13—支架熱段中的電加熱器使空氣加熱，熱風(fēng)徑熱段風(fēng)道時，通過翅片熱管進行換熱和傳熱，從而使冷段風(fēng)道空氣溫度升高，利用風(fēng)道中的熱電偶對冷，熱段的進出口進行測量，并用熱球風(fēng)速儀對冷，熱段的出口風(fēng)速進行測量，從而可以計算出換熱器的換熱量Q和傳熱系K。三、實驗臺參數(shù)1.冷段出口面積FL=0.092π/4=0.0064m22.熱段出口面積Fr=0.162..=0.0256m23.冷段傳熱表面積fL=0.536m24．熱段傳熱表面積fr=0.496m2四、實驗步驟1.連接電位差計和冷端熱電偶。（如無冰瓶條件，可不接冷端熱電偶的接線柱短路，這樣，測出的溫度應(yīng)加上室溫）2.接通電源3.將工況開關(guān)按在“工況=1\*ROMANI”位置（450W），此時電加熱器和風(fēng)機開始工作。4.用熱球風(fēng)速儀在冷、熱出段口的測孔中測量風(fēng)速。（為使測量工作在風(fēng)道溫度不超過400C的情況下進行，必須在開機后立即測量）。風(fēng)速儀的使用方法，請參閱該儀器的說明書。5.待工況穩(wěn)定后（約20分鐘后），按下琴鍵開關(guān)，切換測溫點，逐點測量冷、熱段進出口溫度推理，tL1,tL2,tr1,tr2等6.將“工況開關(guān)”按在“工況=2\*ROMANII”位置，重復(fù)上述步驟，測量工況=2\*ROMANII的冷、熱段進出口溫度。7.實驗結(jié)束后，切斷所有電源。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理將實驗測得的數(shù)據(jù)填入下表中工況序號風(fēng)速m/s冷、熱段進出口熱電勢mVVLVrtL1tL2tr1tr2=1\*ROMANI123平均=2\*ROMANII123平均計算換熱量，傳熱系數(shù)及熱平衡誤差工況1（450W）冷段換熱量：熱段換熱量：熱平衡誤差：熱平衡誤差：%傳熱系數(shù)：式中：VL，VR—冷、熱段出口平均速度m/s FL,Fr—冷、熱段出口段面積m2 tL1,tL2,tr1,tr2—冷、熱段出口風(fēng)溫0C PL,Pr—冷、熱段出口空氣密度kg/m3fL—冷段傳熱面積m20C2.工況=2\*ROMANII（1000W）計算方法同上將上面數(shù)據(jù)整理所求得的兩種工況的實驗結(jié)果填入下表，并進行比較分析。工況冷段熱換量熱段熱換量熱平衡誤差傳熱系數(shù)=1\*ROMANI=2\*ROMANII

實驗三中溫法向輻射時物體黑度的測定實驗實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗加深對物體黑度及有關(guān)概念的認(rèn)識用比較法，定性測定中溫法向輻射時物體的黑度實驗原理在由個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)中，利用凈輻射法，可以求該物體的純換熱量：QnetiQneti=Qabsi-Qei=式中：Qneti—i面的凈輻射換熱量Qabsi—i面從其他表面的吸熱量Qei—i面本身的輻射熱量—K面對i的角系數(shù)—i面的黑度Eeff.k—k面的有效輻射力di—i面的吸收率Fi—i面的面積根據(jù)本實驗的設(shè)備情況,可以認(rèn)為:1.熱源1.傳導(dǎo)圓筒2.為黑體2.熱源1.傳導(dǎo)圓筒2.待測物體（受體）3.它們表面上的溫度均勻（見圖1）1.熱源2.黑體圓筒3.待測物體（受體）因此,公式（1）可寫成由于:又根系數(shù)的互換性:則:由于受體3與環(huán)境主要一對流方式換熱，因此：式中：——自由對流換熱系數(shù)——受體3的溫度——環(huán)境的溫度由（2）、（3）式可得：當(dāng)熱源1和黑體圓筒2的表面溫度一致時，=，并考慮到，體系1，2，3為封閉體系，則由此，（4）可以寫成：式為斯蒂芬—波爾茨曼常數(shù)，其值為：對不同的待測物體（受體）a.b其黑度分別為：設(shè)=則：當(dāng)b物體為黑體時，有；=1，則6式可以寫成：三、實驗儀器設(shè)備主要儀器設(shè)備有中溫發(fā)向輻射時物體黑度的測定裝置，電位差計等詳見下列裝置示意圖圖中:1、熱源腔體2、傳導(dǎo)體（黑體腔體）3、受體腔體4、熱源電壓表5、電源開關(guān)6、電源開關(guān)7、測溫琴鍵開關(guān)8、測溫接線柱（接電位差計）9、熱源調(diào)溫旋紐10、傳導(dǎo)體調(diào)溫旋紐11、傳導(dǎo)體加熱電壓表12、電流表13、信號燈14、導(dǎo)軌15、電位差計四、實驗步驟1、將熱源體溫表和受體制改革對正，靠近黑體圓筒2，不要接觸，保持有1mm左右的距離2、接好電源線和測溫信號線3、按電位差的計的使用方法進行調(diào)零，校準(zhǔn)，并選好靈敏度和量程4、接通電源，此時信號燈亮，表示熱源，傳導(dǎo)體（黑體圓筒）的加熱正常調(diào)節(jié)熱源電壓旋扭9，使電壓值在70—80V之間，調(diào)節(jié)傳導(dǎo)體電壓旋扭10，使其電壓值在110—130V之間，在溫度基本穩(wěn)定后（一般需30分鐘），用電位差計進行監(jiān)測，實驗要求，熱源和傳導(dǎo)體的溫度盡可能接近。若不接近，可調(diào)節(jié)旋扭9，10，使其逐漸接近。5、當(dāng)熱源和傳導(dǎo)體的溫度基本接近后，即可開始實驗。當(dāng)受體為黑體時，每隔10分鐘逐次按下琴鍵開磁7上的紐，對熱源1，傳導(dǎo)體2，和待測物體（受體）3的熱電源勢進行巡回測量，并將各讀數(shù)記錄下來，同時測量環(huán)境溫度。6、當(dāng)受體為被測物體時，重復(fù)步驟5。7、步驟5和6中，當(dāng)實驗進行到各點的溫度前后差值小于3。C時即可，認(rèn)為整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以結(jié)束實驗。8、實驗完畢，關(guān)閉所有電源，整理儀器、設(shè)備。五.實驗數(shù)據(jù)記錄及處理1、實驗數(shù)據(jù)記錄