冶金傳輸原理設(shè)計(jì)

1、課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)院（系） 冶金工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 冶 金 工 程 年 級(jí) 二 年 級(jí) 課程名稱(chēng) 冶金傳輸原理2009 年 6 月前 言實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，對(duì)加深學(xué)生理論知識(shí)的理解、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握和實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)習(xí)具有重要的作用；對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，實(shí)際動(dòng)手能力和科研技巧的訓(xùn)練是不可缺少的環(huán)節(jié)。為了強(qiáng)化學(xué)生的“三傳”理論知識(shí)，掌握動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸實(shí)驗(yàn)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)，注重科研、智能訓(xùn)練，開(kāi)拓創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，為專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)和科研工作打下必要的基礎(chǔ)。本書(shū)根據(jù)冶金傳輸原理課程教學(xué)大綱介紹了動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、

2、實(shí)驗(yàn)方法及其數(shù)據(jù)處理等。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)由湖南工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院羅曉春、梁衛(wèi)民、李芳芳、李新職編寫(xiě)。全書(shū)由羅曉春主編定稿，梁衛(wèi)民審閱。在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中，參閱并引用了國(guó)內(nèi)外近年來(lái)發(fā)表的相關(guān)著作和文獻(xiàn)中的一些成果和數(shù)據(jù)，以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)廠家的使用說(shuō)明書(shū)和操作規(guī)程。在此向各位相關(guān)作者致以真摯的謝意。限于作者的學(xué)識(shí)水平和能力，書(shū)中肯定有不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。冶金傳輸原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱一、實(shí)驗(yàn)課程的性質(zhì)和任務(wù) 通過(guò)本課程的教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生的“三傳”理論知識(shí)，掌握動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸實(shí)驗(yàn)技術(shù)及實(shí)驗(yàn)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)，注重科研、智能訓(xùn)練，開(kāi)拓創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，為專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)和科研

3、工作打下必要的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目的和基本要求 要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，理解實(shí)驗(yàn)原理和方法，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的使用方法。掌握實(shí)驗(yàn)步驟，懂得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取得和處理方法，能夠按要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)應(yīng)能在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配(見(jiàn)表1)四、考核方式根據(jù)教學(xué)要求，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)實(shí)際，本課程成績(jī)先按百分制評(píng)定，再轉(zhuǎn)換為五級(jí)記分制(優(yōu)，良，中，及格，不及格)，具體考核內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)態(tài)度(10分)，數(shù)據(jù)記錄(10分)，實(shí)驗(yàn)操作(35分)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告(45分)。 表1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配章節(jié)序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)學(xué)時(shí)類(lèi)型要求內(nèi)容提要?jiǎng)?/p>

4、量傳輸流體粘度測(cè)量2驗(yàn)證選做測(cè)量液體的恩格拉粘度，了解溫度對(duì)粘度的影響。流體動(dòng)力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)一、雷諾實(shí)驗(yàn)2綜合必做觀察水在光滑圓管中流動(dòng)時(shí)，呈現(xiàn)的不同流線型態(tài)，并測(cè)定臨界雷諾數(shù)。二、能量方程實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量加深對(duì)不可壓縮理想流體沿管道作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)總能量保持不變的理解，了解實(shí)際流體由于粘性的存在所造成的偏差。三、管道阻力實(shí)驗(yàn)2綜合選做測(cè)定不同直徑管路的沿程阻力、閥門(mén)局部阻力。四、流量系數(shù)實(shí)驗(yàn)掌握孔板流量計(jì)流量系數(shù)和文丘里流量系數(shù)的測(cè)定方法。五、皮托管實(shí)驗(yàn)皮托管測(cè)流速和流量的方法。熱量傳輸導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定2綜合選做測(cè)定不同松散顆粒狀材料或板型材料的導(dǎo)熱系數(shù)，總結(jié)影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素及規(guī)律。爐壁散熱實(shí)驗(yàn)2設(shè)

5、計(jì)選做測(cè)量比較使用不同保溫材料的爐子的升溫和爐壁散熱情況。熱管換熱實(shí)驗(yàn)2綜合選做測(cè)定換熱器在不同工況條件下的性能，了解套管、列管和螺旋板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性能的差別。熱輻射實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)選做測(cè)定并比較両物體壁表面間有無(wú)隔熱板時(shí)的輻射換熱量。綜合傳熱實(shí)驗(yàn)2綜合選做測(cè)定不同的傳熱管在自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流下的總傳熱系數(shù)。質(zhì)量傳輸吸收實(shí)驗(yàn)2綜合選做測(cè)定填料塔中的液相傳質(zhì)系數(shù)或單元傳質(zhì)系數(shù)目 錄第一章 動(dòng)量傳輸實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn) 流體粘度的測(cè)定1實(shí)驗(yàn) 流體動(dòng)力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)一、雷諾實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)二、能量方程實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)三、管道阻力實(shí)驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)四、流量計(jì)流量系數(shù)實(shí)驗(yàn)15實(shí)驗(yàn)五、皮托管測(cè)流速及流量實(shí)驗(yàn)17第二章 熱量傳輸

6、實(shí)驗(yàn)19實(shí)驗(yàn) 穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)19實(shí)驗(yàn) 爐壁散熱測(cè)試實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn) 熱管對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)28實(shí)驗(yàn) 輻射換熱實(shí)驗(yàn)33實(shí)驗(yàn) 綜合傳熱實(shí)驗(yàn)36第三章 質(zhì)量傳輸實(shí)驗(yàn)39實(shí)驗(yàn) 吸收實(shí)驗(yàn)39參考文獻(xiàn)46第一章 動(dòng)量傳輸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 流體粘度的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊后w的粘度表示它的流動(dòng)性的大小，粘度大則流動(dòng)性小，反之亦然。液體的粘度隨著溫度的升高而降低，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，要求了解液體恩格拉(Engler)粘度的工業(yè)測(cè)定方法和溫度對(duì)粘度的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理粘度是表示流體質(zhì)點(diǎn)之間摩擦力大小的一個(gè)物理指標(biāo)，粘度大即摩擦力大，流動(dòng)性小。根據(jù)牛頓粘度定律：式中：F內(nèi)摩擦力，N；粘性系數(shù)(粘度)，Pa.s；A面積，m；du

7、/dn速度梯度,s-1。當(dāng)各值均采用C、G、S制時(shí)，的單位為泊（poise）。測(cè)定粘度的方法很多。在工業(yè)上，多采用泄流法來(lái)測(cè)定流體的粘度。泄流法的內(nèi)容是：在一定條件下，一定容量的液體經(jīng)由銳孔流出所需要的時(shí)間,就表示該液體的粘度。工業(yè)上用的粘度計(jì)也很多，如恩格拉(Engler)粘度計(jì),賽波爾(Saybolt)粘度計(jì),雷德烏德(Redwood)粘度計(jì)等。恩氏粘度計(jì)測(cè)粘度的方法是：在實(shí)驗(yàn)的溫度下測(cè)定200ml試樣油從小孔流出所需要的時(shí)間，該時(shí)間與20時(shí)200ml蒸餾水流出所需要的時(shí)間相除，所得的商就是該試樣油在實(shí)驗(yàn)溫度下的粘度，即：Et =其單位為條件度，用E來(lái)表示。一般地20的蒸餾水流出的時(shí)間為5

8、11秒，本實(shí)驗(yàn)不進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)定，對(duì)每臺(tái)儀器，都已測(cè)量好（標(biāo)準(zhǔn)水值）并標(biāo)明在粘度計(jì)外表面上。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示1.棒式溫度計(jì) 2.溫控儀探頭 3.手動(dòng)攪拌器 4.恩氏溫度計(jì) 5.加熱器6.內(nèi)鍋蓋 7.內(nèi)鍋 8.外鍋 9.油面高度標(biāo)志 10.木栓 11.流出管（銳孔）12.支架 13.粘度計(jì)接收瓶 14.調(diào)整螺絲 15溫度控制儀 圖1、恩氏粘度計(jì)四、實(shí)驗(yàn)步驟1、用木栓堵住內(nèi)鍋底部之小孔，注意必須嚴(yán)堵，但不能用力過(guò)度。2、將試樣油沿著玻璃棒緩慢注入到內(nèi)鍋中，注意不能產(chǎn)生氣泡。3、調(diào)節(jié)調(diào)整螺絲，使得油面高度標(biāo)志（三個(gè)尖頂）的剛好露出試樣油液面。4、往外筒中加水。注意：水面應(yīng)比油面高10毫米以

9、上，把溫控儀探頭及棒式溫度計(jì)固定在支架上，探頭和溫度計(jì)頭部要插入水中。5、蓋上內(nèi)鍋蓋，并插上恩氏溫度計(jì)。6、在流出口下面放置潔凈、干燥的接收瓶。7、用攪拌器攪拌外筒中的水，用溫度計(jì)攪拌試樣油。8、當(dāng)試樣油的溫度計(jì)基本穩(wěn)定時(shí)，停止攪拌，并保持五分鐘。9、五分鐘后，若試樣油的溫度沒(méi)有變化，則迅速提起木栓，同時(shí)按動(dòng)秒表。10、當(dāng)接收瓶中試樣油正好達(dá)到刻度時(shí)，立即停止秒表，并將讀數(shù)記入下表。11、打開(kāi)溫控儀開(kāi)關(guān)，分別先后把溫控選擇旋鈕旋至40、50的位置上，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。本實(shí)驗(yàn)所需的試樣油為20#機(jī)油，由于粘度較大，流動(dòng)性小。為節(jié)約時(shí)間起見(jiàn)，我們只測(cè)定100ml

10、試樣油流出所需的時(shí)間。將該時(shí)間乘以一個(gè)系數(shù)即得200ml試樣油在同一溫度下流出的所需要的時(shí)間，該系數(shù)隨著溫度的變化而變化，20左右為2.3556，40左右為2.3348，50左右為2.3283。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、實(shí)驗(yàn)記錄表實(shí) 驗(yàn)名 稱(chēng)實(shí)驗(yàn)人姓名同組人姓名實(shí) 驗(yàn)日 期儀器編號(hào)實(shí) 驗(yàn)介 質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)水值序號(hào)外筒溫度內(nèi)筒溫度100ml油流出時(shí)間（秒）200ml油流出時(shí)間（秒）恩氏粘度（E）123指導(dǎo)老師簽名：2、思考題1）說(shuō)明測(cè)定粘度的意義及溫度對(duì)粘度的影響。2）說(shuō)明恩格拉粘度計(jì)的理論依據(jù)。3）對(duì)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性及造成誤差的原因加以說(shuō)明。4）作出試樣油的流出時(shí)間與溫度的關(guān)系曲線。5）作出試樣油的恩氏粘度與溫度的

11、關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn) 流體動(dòng)力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，為流體力學(xué)綜合性多用途教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，可用來(lái)進(jìn)行下列教學(xué)實(shí)驗(yàn)。一、雷諾試驗(yàn)；二、沿程阻力實(shí)驗(yàn)；三、局部阻力實(shí)驗(yàn)；四、能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn)；五、孔板流量計(jì)和文丘里管流量系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；六、皮托管測(cè)流速和流量的方法。試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示，試驗(yàn)臺(tái)由上述6個(gè)實(shí)驗(yàn)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組合而成，有些系統(tǒng)和部件，如：泵、儲(chǔ)水箱、恒水位水箱、回水箱等組成的水循環(huán)系統(tǒng)和各個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)壓板系統(tǒng)均為幾個(gè)試驗(yàn)所共用。圖1 流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)一、雷諾實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）觀察流體在管道中的流動(dòng)狀態(tài)；2）測(cè)定幾種狀態(tài)下的雷諾數(shù)；3）了解流態(tài)與雷諾數(shù)的關(guān)系；4）測(cè)定臨

12、界雷諾數(shù)。2、實(shí)驗(yàn)裝置在流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)中，雷諾試驗(yàn)涉及的部分有水箱2，雷諾試管11，閥門(mén)，顏料水（蘭墨水）瓶及其開(kāi)關(guān)，上水閥，水泵9，計(jì)量水箱5，秒表及溫度計(jì)。3、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備1）將試驗(yàn)臺(tái)的各個(gè)閥門(mén)置于關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)啟水泵，全開(kāi)上門(mén)閥，使水箱注滿(mǎn)水，全開(kāi)出水閥門(mén)，再調(diào)節(jié)上水閥門(mén)，使水箱的水位能保持不變。（調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)，同時(shí)觀察溢水流，直至溢水管能維持少量溢流，即表明水箱水位已基本保持不變。）2）用溫度計(jì)測(cè)量水溫4、實(shí)驗(yàn)方法1）觀察流態(tài)打開(kāi)顏料水控制閥，使顏料水從注入針中流出，顏料水和雷諾試驗(yàn)管中的水將迅速混合成均勻的淡顏色水，此時(shí)，雷諾試驗(yàn)管中的水為紊流；隨著出水閥門(mén)的不斷關(guān)小，顏料水與雷諾試驗(yàn)

13、管中水的滲混程度逐漸減弱，直至顏料水在雷諾試驗(yàn)管中成一條清晰的線流，此時(shí)，雷諾實(shí)驗(yàn)管中的水為層流流動(dòng)，稱(chēng)為層流。2）測(cè)定幾種狀態(tài)下的雷諾數(shù)全開(kāi)出水閥門(mén)，再逐漸關(guān)小出水閥門(mén)，直至能開(kāi)始保持雷諾試管內(nèi)顏料水處于層流狀態(tài)。然后，按照從小流量到大流量的順序進(jìn)行試驗(yàn)，在每一狀態(tài)下測(cè)量體積流量和水溫，并求出相應(yīng)的雷諾數(shù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理舉例：圖2某一工況下體積流量Q為3.46710-5m3/S，雷諾試驗(yàn)管內(nèi)徑d=0.014m，試驗(yàn)時(shí)的水溫為5，查出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)粘度流速雷諾數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，可繪制出雷諾數(shù)與流量的關(guān)系曲線（圖2）。不同溫度，其曲線的斜率不同。3）測(cè)定下臨界雷諾數(shù)調(diào)整出水閥門(mén)，使雷諾試驗(yàn)管的

14、水流處于紊流狀態(tài)，然后緩緩地逐漸關(guān)小出水閥門(mén)，觀察管內(nèi)顏色水流的變動(dòng)情況，當(dāng)關(guān)小到某一開(kāi)度時(shí)，管內(nèi)的顏料水流開(kāi)始成為一條直的線流，此時(shí)，即為由紊流轉(zhuǎn)變成層流的下臨界狀態(tài)。記下此時(shí)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，便可求出下臨界雷諾數(shù)。4）觀察層流狀態(tài)下的速度分布 關(guān)閉出水閥門(mén)，用手?jǐn)D壓顏料水開(kāi)關(guān)下的膠管二到三下，使顏色水在一小段管內(nèi)擴(kuò)散到整個(gè)斷面，然后，再微微打開(kāi)出水閥門(mén)，使管內(nèi)呈層流狀態(tài)流動(dòng)，這時(shí)，就可以看到水在層流流動(dòng)時(shí)呈拋物線狀，演示出管內(nèi)水流流速的分布。5、問(wèn)題討論1）雷諾數(shù)在判別一切流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有何意義？2）本實(shí)驗(yàn)中，為什么控制流速就可調(diào)節(jié)流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？實(shí)驗(yàn)二、能量方程實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）觀察流體流經(jīng)能

15、量方程試驗(yàn)管時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，從而加深對(duì)能量方程的理解；2）掌握一種測(cè)量流體流速的原理；3）測(cè)繪玻璃水管管路上測(cè)壓管水頭線及總水頭線。2、實(shí)驗(yàn)裝置流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)中，能量方程實(shí)驗(yàn)部分涉及的有計(jì)量水箱5，能量方程試驗(yàn)管12，水泵9，測(cè)壓板（圖中未繪出）和能量方程試驗(yàn)水箱3。3、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作開(kāi)啟水泵，全開(kāi)上水閥門(mén)，使水箱注滿(mǎn)水，全開(kāi)閥門(mén)再調(diào)節(jié)上水閥門(mén)，使水箱水位能保持不變，有少量溢流。4、實(shí)驗(yàn)方法1）能量方程實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)閥門(mén)調(diào)至一定開(kāi)度，測(cè)定能量試驗(yàn)管3的四個(gè)斷面四組測(cè)壓管的液柱高度，并利用計(jì)量水箱和秒表測(cè)定流量。改變閥門(mén)的開(kāi)度，重復(fù)上述方法進(jìn)行測(cè)試。將這些數(shù)據(jù)記入表

16、1中。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，繪出某一流量下的各種水頭線（如圖3），并運(yùn)用能量方程進(jìn)行分析，解釋各測(cè)點(diǎn)各種能頭的變化規(guī)律?？梢钥闯?，能量損失沿著流體流動(dòng)方向是增大的；II與I比較，兩點(diǎn)管經(jīng)相同，所以動(dòng)能頭基本相同，但I(xiàn)I點(diǎn)的壓力能頭比I增大了，這是由于位置能轉(zhuǎn)化而來(lái)的；III與II比較，其位置能頭相同，但I(xiàn)II點(diǎn)比II點(diǎn)的壓力能頭大，這是由于管經(jīng)變粗，速度減慢，動(dòng)能頭轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ茴^；IV與III比較，位置能頭相同，但壓力能頭小了，可以明顯看出，是壓力能頭轉(zhuǎn)化為速度能頭了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還清楚地說(shuō)明了連續(xù)方程，對(duì)于不可壓縮流體穩(wěn)定流動(dòng)，當(dāng)流量一定時(shí)，管徑粗的地方流速小，細(xì)的地方流速大。2）測(cè)速能量方程

17、試驗(yàn)管上的四組測(cè)壓管的任一組都相當(dāng)于一個(gè)皮托管，可測(cè)得管內(nèi)的流體速度。由于本試驗(yàn)臺(tái)將總壓測(cè)管置于能量方程試驗(yàn)管的軸線，所以測(cè)得的動(dòng)壓頭代表了軸心處的最大流速。皮托管求點(diǎn)速度公式為： 表1測(cè)點(diǎn)液柱高度序號(hào)IIIIIIIV流量測(cè) 壓 管12345678m3/s大流速總水頭壓力水頭速度水頭能量損失小流速總水頭壓力水頭速度水頭能量損失能量方程管斷面的中心線距基準(zhǔn)線高度（實(shí)測(cè)）（mm）能量方程管內(nèi)經(jīng)（mm）靜水頭（mm）流動(dòng)方向 圖3 而管內(nèi)的平均流速可以通過(guò)流量來(lái)確定，平均流速公式為：在進(jìn)行能量方程實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，就可以測(cè)定出各點(diǎn)的軸心速度和平均速度。測(cè)試結(jié)果可記入表2中 表2測(cè)流 點(diǎn) 速I(mǎi)管徑II管徑I

18、II管徑IV管徑軸心速度平均速度如要用皮托管求出所在截面的理論平均流速，可根據(jù)該截面中心處的最大流速、雷諾數(shù)與平均流速的關(guān)系，參考有關(guān)流體力學(xué)資料求出。5、思考題1）為什么測(cè)量小管上的小孔要調(diào)整到處于管道的中心線上？當(dāng)小孔位置偏高中心線時(shí)，會(huì)造成哪種能量值的偏差？2）設(shè)想水流在測(cè)試管路中以相反方向流動(dòng)時(shí)，能量曲線將發(fā)生怎樣的變化？3）為什么總水頭線總是下降？而測(cè)壓管水頭線有下降也有上升？實(shí)驗(yàn)三、管道阻力實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）觀察和測(cè)試流體穩(wěn)定地在等直管道中流動(dòng)及通過(guò)閥門(mén)時(shí)的能量損失情況；2）掌握管道沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的測(cè)定方法；3）了解阻力系數(shù)在不同流態(tài)、不同雷諾數(shù)下的變化情況。2、實(shí)驗(yàn)

19、裝置綜合試驗(yàn)臺(tái)中涉及管道阻力實(shí)驗(yàn)的部件有泵9，水箱10，實(shí)驗(yàn)管道14、16、計(jì)量水箱5，泵上水管及閥門(mén)和測(cè)壓板等。3、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作將實(shí)驗(yàn)臺(tái)各閥門(mén)置于關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)啟上水閥門(mén)及各實(shí)驗(yàn)管道閥門(mén)，將泵做瞬時(shí)啟動(dòng)，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否有泄漏；排放導(dǎo)壓膠管中的空氣。4、實(shí)驗(yàn)方法1）等直徑管道沿程阻力實(shí)驗(yàn)開(kāi)啟上水閥及管道16的各閥門(mén)及管道14的右側(cè)閥門(mén)。開(kāi)啟水泵，待壓差穩(wěn)定后，讀取有關(guān)數(shù)據(jù)，填入表3中。如此，調(diào)節(jié)不同的流量，進(jìn)行不同流量下的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析根據(jù)沿程阻力損失計(jì)算沿程阻力系數(shù)；式中：d試驗(yàn)管道內(nèi)徑，m； L試驗(yàn)管道試驗(yàn)段長(zhǎng)度 ，m； Q試驗(yàn)時(shí)的體積流量 ， m3/s； 試驗(yàn)段的阻力損失 ，m。

20、計(jì)算相應(yīng)的雷諾數(shù)：式中：試驗(yàn)工況下水的運(yùn)動(dòng)粘度， m2/s；u試驗(yàn)工況下水流的平均流速，m/s。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制在圖4的座標(biāo)系中，可以看出，在時(shí)，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均落在直線附近，此時(shí)僅與有關(guān)，而與管壁的粗糙度無(wú)關(guān)，這與理論的推導(dǎo)結(jié)果一致。lgRe 圖4 表3序號(hào)流量測(cè)壓管指示（H20mm）沿程阻力系數(shù)雷諾數(shù)Re水量(m3)時(shí)間（s）體積流量10-5(m3/s)平均流速(m/s)左側(cè)右側(cè)沿程阻力hf12345678910111213141516在范圍內(nèi)，值很不穩(wěn)定。因?yàn)樵诖藚^(qū)間，流態(tài)可能是層流，也可能是紊流，是個(gè)過(guò)渡區(qū)，從而出現(xiàn)這種現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)，大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)落在直線 附近，這與勃拉休斯（HBlasiu

21、s）給出的計(jì)算公式相吻合，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)管段采用的是焊接鋼管，當(dāng)量粗糙度為0.040.1。由于水泵及試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的限制，不能作出高雷諾數(shù)Re與不同粗糙度管子阻力系數(shù)的關(guān)系。2）閥門(mén)阻力實(shí)驗(yàn)進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，水泵的出水經(jīng)過(guò)穩(wěn)水箱13再進(jìn)入試驗(yàn)管道14。被測(cè)管兩側(cè)的壓力就是測(cè)壓板上所指示的液柱差hf，即表示出流體流經(jīng)管道時(shí)的能量損失，由此，即可確定該管路的局部阻力系數(shù)： 調(diào)節(jié)不同流量，把測(cè)量不同流量下的能量損失及有關(guān)數(shù)據(jù)記入表4中。進(jìn)行計(jì)算后，即可獲得的阻力系數(shù)及其與雷諾數(shù)的關(guān)系。 表4序號(hào)流量及流速測(cè)壓管指示（H20mm）阻力系數(shù)雷諾數(shù)Re水量m3時(shí)間s體積流量Qm3/s平均流速Vm/s左側(cè)右側(cè)阻力損

22、失hf12345678注意：A）用水柱壓差計(jì)測(cè)量能量損失時(shí)，由于壓差不穩(wěn)定而容易產(chǎn)生誤差，特別是在小流量、小壓差下，誤差會(huì)更大，因此要多做同個(gè)工況才能準(zhǔn)確。B）實(shí)驗(yàn)時(shí)，開(kāi)關(guān)閥門(mén)要緩慢，否則會(huì)使紊流狀態(tài)提前出現(xiàn)，從而影響實(shí)驗(yàn)效果。5、思考題 1）突然擴(kuò)大和突然縮小的局部阻力系數(shù)是否相等？為什么？ 2）流體流態(tài)由層流到紊流，沿層阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系如何變化？從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中能否看出其規(guī)律？實(shí)驗(yàn)四、流量計(jì)流量系數(shù)實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定文丘里及孔板流量計(jì)的流量系數(shù)。2、實(shí)驗(yàn)裝置在綜合試驗(yàn)臺(tái)中，涉及的部分有泵9，上水管及閥門(mén)，文丘里實(shí)驗(yàn)管道17，孔板實(shí)驗(yàn)管道15，和計(jì)量水箱5。3、實(shí)驗(yàn)方法文丘里和孔板流量計(jì)

23、的流量系數(shù)測(cè)定可同時(shí)進(jìn)行，水經(jīng)上水管流進(jìn)管道17，再流經(jīng)管道15后，流回水箱。檢查各閥門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)無(wú)誤后，即可啟動(dòng)水泵，使水循環(huán)。同時(shí)，調(diào)節(jié)流量，把導(dǎo)壓管中的氣體排出，以保證測(cè)壓準(zhǔn)確。待液體流動(dòng)平穩(wěn)后，方能進(jìn)行測(cè)壓和流量計(jì)量。調(diào)節(jié)流量，進(jìn)行不同流量工況下的測(cè)試，將測(cè)試的數(shù)據(jù)記入表5中。 表5序號(hào)液體總量Q流(m3)時(shí)間t(s)單位流量Q1(m3/s)壓差h(m)計(jì)算流量Q2(m3/s)流量系數(shù)備注123456 文丘里管： m m孔板流量計(jì)： m m流量系數(shù) 4、思考題1）實(shí)驗(yàn)時(shí)若將皮托管改為傾斜放置，試問(wèn)各測(cè)壓管內(nèi)液面高度是否會(huì)發(fā)生變化？為什么? 2）隨著流量增加，各測(cè)壓管內(nèi)液面和液面高度差是

24、否會(huì)發(fā)生變化？為什么？實(shí)驗(yàn)五、皮托管測(cè)流速及流量實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)用皮托管測(cè)流速及流量的方法。2、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)可以與流量計(jì)流量系數(shù)測(cè)定方法實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，所以，所用裝置相同。3、實(shí)驗(yàn)方法在記下孔板流量計(jì)和文丘里管的流量和壓差后，即可以讀取皮托管的測(cè)試數(shù)據(jù)。計(jì)算流速的公式：式中：皮托管修正系數(shù)；g重力加速度；壓差板上顯示的液柱高差；靜壓；總壓（靜壓+動(dòng)壓）；測(cè)壓管中流體重度。皮托管所測(cè)的是管道截面上某一點(diǎn)的流速，故用以探測(cè)截面上的速度分布最為適宜。若要測(cè)定截面的平均速度，應(yīng)測(cè)定管中心至管壁間若干點(diǎn)的速度，然后用圖解積分法求其平均值。測(cè)試時(shí)，可把管子斷面積分成幾個(gè)等面積的同心環(huán)，然后測(cè)量液體流入此

25、環(huán)的平均流速。平均流速的所在點(diǎn)是取在平分這個(gè)環(huán)面積的圓周上，由于一般流速分布并不完全對(duì)稱(chēng)，所以，在每個(gè)環(huán)中測(cè)兩個(gè)對(duì)稱(chēng)點(diǎn)而平均之。等面積同心環(huán)的分法如下（參見(jiàn)圖5）：設(shè)要分成n個(gè)同心環(huán)，因，所以；又因和等等，可得R和R等等。圖5所示為分成3個(gè)等面積同心環(huán)，沿3個(gè)環(huán)的直徑線上測(cè)6個(gè)測(cè)點(diǎn)的流速，然后求出總的平均流速：若要測(cè)量平均流量：式中A為管橫截面積。4、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分析題1）實(shí)驗(yàn)時(shí)若將皮托管改為傾斜放置，試問(wèn)各測(cè)壓管內(nèi)液面高度是否會(huì)發(fā)生變化？ 2）隨著流量增加，各測(cè)壓管內(nèi)液面和液面高度差是否會(huì)發(fā)生變化？為什么？ 3）如果皮托管的彎度不正對(duì)流動(dòng)方向，那么所測(cè)出的流速是否能代表管內(nèi)的流速？為什么？第二章

26、 熱量傳輸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、鞏固和深化穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程的基本理論，學(xué)習(xí)用平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法和技能； 2、測(cè)定試驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)； 3、確定試驗(yàn)材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理 導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對(duì)于不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是各不相同的；對(duì)同一材料，導(dǎo)熱系數(shù)還會(huì)隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和重度等因素而變化。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)都用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定，如果要分別考慮不同因素的影響，就需要針對(duì)各種因素加以試驗(yàn)，往往不能只在一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行。穩(wěn)態(tài)平板法是一種應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的基本原理來(lái)測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，可以用來(lái)進(jìn)

27、行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過(guò)平板的導(dǎo)熱量Q和平板兩面的溫差t成正比，和平板的厚度成反比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)成正比的關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)的。 我們知道，通過(guò)薄壁平板(壁厚小于十分之一壁長(zhǎng)和壁寬)的穩(wěn)定導(dǎo)熱量為：Q= W 測(cè)試時(shí)，如果將平板兩面的溫差、平板厚度、垂直熱流方向的導(dǎo)熱面積A和通過(guò)平板的熱流量Q測(cè)定以后,就可以根據(jù)下式得出導(dǎo)熱系數(shù)： W/(m oC)需要指出，上式所得的導(dǎo)熱系數(shù)是在當(dāng)時(shí)的平均溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，此平均溫度為：oC在不同的溫度和溫差條件下測(cè)出相應(yīng)的值。然后將值標(biāo)在一坐標(biāo)圖內(nèi)，就可以得出 )的關(guān)系曲線。三、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量

28、儀表 穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖l和圖2所示。被試驗(yàn)材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積為3003002，實(shí)際導(dǎo)熱計(jì)算面積A為2002002，板的厚度為。平板試件分別被夾緊在加熱器的上下熱面和上下水套的冷面之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅圖1 試驗(yàn)臺(tái)主體示意圖（循環(huán)冷卻水的水箱和水泵未示出）板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下試件熱面的加熱，而上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過(guò)循環(huán)冷卻水(或通以自來(lái)水)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在中間200200mm2部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能夠全部單向通過(guò)兩個(gè)試件，并通過(guò)水套的冷水帶走，在主加熱器四周(即：200

29、200mm2之外的四側(cè))設(shè)有四個(gè)輔助加熱器(14)，利用專(zhuān)用的溫度跟蹤控制器使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向傍側(cè)散失。主加熱器的中心溫度t 1(或t2)和水套冷面的中心溫度t3(或t4)用4個(gè)熱電偶(埋沒(méi)在銅板上)來(lái)測(cè)量；輔助加熱器l和輔加熱器2的熱面也分別設(shè)置兩個(gè)輔熱電偶t5和t6 (埋沒(méi)在銅板的相應(yīng)位置上)，其中一個(gè)輔熱電偶t5(或t6)接到溫度跟蹤控制器上，與主加熱器中心接來(lái)的主熱電偶t2(或t1)的溫度訊號(hào)相比較，通過(guò)跟蹤器使全部輔加熱器都跟蹤到與主加熱器的溫度相一致。而在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，可以通過(guò)熱電偶t1(或t2)和熱電偶t3(或t4)測(cè)量出一個(gè)試件的兩個(gè)

30、表面的中心溫度。也可以再測(cè)量一個(gè)輔熱電偶的溫度,以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況。溫度是利用電位差計(jì)和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)測(cè)量的。主加熱器的電功率可以用電功率表或電壓表和電流表來(lái)測(cè)量。圖 2 試驗(yàn)臺(tái)的電路聯(lián)圖（用電位差計(jì)測(cè)溫未示出）附 試驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)1、試驗(yàn)材料2、試件外型尺寸：300300 mm23、導(dǎo)熱計(jì)算面積A: 200200 mm2 (即主加熱器的面積)4、試件厚度：(實(shí)測(cè))5、主加熱器電阻值： 6、輔加熱器(每個(gè))電阻值： 7、熱電偶材料：鎳鉻一鎳硅8、試件最高加熱溫度：80o四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、將兩個(gè)平板試件仔細(xì)地安裝在加熱器的上下面，試件表面應(yīng)與銅板嚴(yán)密接

31、觸，不應(yīng)有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后應(yīng)在上面加壓一定的重物，以使它們都能緊密接觸。2、聯(lián)接和仔細(xì)檢查各接線電路。將主加熱器的兩個(gè)接線端用導(dǎo)線接至主加熱器電源；而四個(gè)輔助加熱器經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路(實(shí)驗(yàn)臺(tái)上已聯(lián)接好)，并按圖2所示聯(lián)接到輔加熱器電源上和跟蹤控制器上。電壓表和電流表(或電功率表)應(yīng)按要求接入電路。將主熱電偶之一t2(或t1)接到跟蹤控制器面板上左側(cè)的主熱電偶接線柱上，而將輔熱電偶之一t5(或t6)接到跟蹤控制器上的相應(yīng)接線柱上。把主熱電偶t1(或t2)、水套冷面熱電偶t3(或t4)和輔熱電偶t6(或t5)都接到熱電偶轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與電位差計(jì)的“未知”相

32、接。 3、檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，各熱電偶是否正常完好，校正電位差計(jì)的零位。 4、接通加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合宜的電壓，開(kāi)始加溫，同時(shí)開(kāi)啟溫度跟蹤控制器。在加溫過(guò)程中，可通過(guò)各測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)量來(lái)控制和了解加熱情況。開(kāi)始時(shí)，可先不啟動(dòng)冷水泵，待試件的熱面溫度達(dá)到一定水平后，再啟動(dòng)水泵(或接通自來(lái)水)，向上下水套通入冷卻水。試驗(yàn)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開(kāi)始趨于穩(wěn)定。在這過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)節(jié)主加熱器電源、輔加熱器電源的電壓，使其更快或更利于達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次電功率W(或電壓V和電流I)讀數(shù)記錄和溫度測(cè)量，從而得到穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果。5、一個(gè)工況

33、試驗(yàn)后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，即調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進(jìn)行測(cè)試，得到另一工況的穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過(guò)大，一般在510W為宜。6、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行多次工況的測(cè)試。(工況以從低溫到高溫為宜)。7、測(cè)試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，井關(guān)閉跟蹤器，經(jīng)過(guò)i0分鐘左右后再關(guān)閉水泵(或停放自來(lái)水)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取實(shí)驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量(即主加熱器的電功率)： Q=W(或IV) w W一主加熱器的電功率值 w I 主加熱器的電流值 A V主加熱器的電壓值 V由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個(gè)試件（試件1和試件2）傳導(dǎo)，所以 =) W試件兩面的溫

34、差：t= tR- tL oCtR 試件的熱面溫度 （即t1或t2） oCtL 試件的冷面溫度 （即t3或t4） oC平均溫度為： oC平均溫度為時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)： （或） W/m .oC將不同平均溫度下測(cè)定的材料導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)在坐標(biāo)中得出的關(guān)系曲線，可求出的關(guān)系式。六 、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分析1、 將兩個(gè)平板試件安裝在加熱器的上下面，為什么試件表面應(yīng)與銅板嚴(yán)密接觸，不應(yīng)有空隙存在？2、 實(shí)驗(yàn)中，我們是怎樣測(cè)定導(dǎo)熱量的？其誤差如何？如何提高其準(zhǔn)確度？3、應(yīng)用相關(guān)數(shù)學(xué)方法，通過(guò)的關(guān)系曲線和有關(guān)數(shù)據(jù)求的關(guān)系式。4、通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，是否可以看出溫度對(duì)隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律？并簡(jiǎn)要分析溫度對(duì)金屬、液體、氣體導(dǎo)熱系數(shù)的影響

35、。實(shí)驗(yàn) 爐壁散熱測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解通過(guò)爐壁的傳導(dǎo)散熱。2、比較使用不同保溫材料對(duì)爐子升溫和爐壁散熱的影響，明確硅酸鋁纖維保溫材料的節(jié)能效果。二、實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)測(cè)試在4KW的中溫箱式馬弗電爐上進(jìn)行，馬弗電爐的爐體由耐火材料整體爐膽、保溫材料和鐵外殼組成。螺旋管狀金屬電熱元件布置在爐膽四壁的圓形孔槽中，通過(guò)連接電源供電使電熱元件發(fā)熱，從而爐子能達(dá)到必要溫度和實(shí)現(xiàn)加熱，熱電偶由爐子的后壁上插入到爐膽構(gòu)成的爐膛內(nèi)，并連接到爐溫控制器上，對(duì)爐溫做出指示和進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。為可作比較，安排對(duì)兩臺(tái)使用不同保溫材料的馬弗電爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，兩臺(tái)爐子僅是所用的保溫材料不同，其他的結(jié)構(gòu)及尺寸基本相同或

36、接近，實(shí)驗(yàn)的散熱測(cè)試亦只考慮和限于爐側(cè)壁上，兩臺(tái)馬弗電爐所用的保溫材料分別是：一臺(tái)仍用一般的材料結(jié)構(gòu)，內(nèi)層（與爐膽相接）為硅澡土磚，厚度115mm，外層（與鐵外殼相接）為石棉板，厚度10mm（較一般爐子稍加厚）；另一臺(tái)爐子的側(cè)墻和爐頂上的保溫層全部使用硅酸鋁纖維粘，厚度125mm，為對(duì)爐測(cè)壁上各層材料的界面溫度進(jìn)行測(cè)量，在兩臺(tái)爐子的后壁上設(shè)置了相應(yīng)的測(cè)溫孔，分別用熱電偶、水銀溫度計(jì)由測(cè)溫孔中插到界面內(nèi)部測(cè)溫，爐子鐵外殼的厚度較小，可視為內(nèi)外表面溫度相同。用表面溫度計(jì)或水銀溫度計(jì)在外殼表面上測(cè)量，適應(yīng)調(diào)整爐子功率需要，在供電線路上連接5KW的自耦調(diào)壓器。實(shí)驗(yàn)依如下兩部分內(nèi)容進(jìn)行：1、空爐升溫時(shí)間

37、的測(cè)試比較電阻爐的空爐升溫時(shí)間是指經(jīng)烘干的爐子接上額定電壓（使用FeCrAl或NiCr電熱體時(shí)）或額定功率（使用碳矽棒時(shí)）爐子爐溫由室溫冷態(tài)升高至達(dá)到額定溫度所經(jīng)歷的時(shí)間，空爐升溫時(shí)間是電阻爐的一個(gè)工作性能指標(biāo)，反映了爐體在升溫過(guò)程蓄熱量的多少，用輕質(zhì)和熱容量小的筑爐材料構(gòu)筑的爐子，蓄熱量少，故至爐升溫時(shí)間短，這不僅節(jié)約了電耗，而且可縮短生產(chǎn)的周期，對(duì)期作業(yè)爐（間歇爐）的生產(chǎn)上有著重要的意義。2、爐壁散熱的測(cè)試比較本實(shí)驗(yàn)僅測(cè)試和考慮爐子側(cè)壁部分的散熱，爐壁上的傳熱過(guò)程是：電熱元件通電發(fā)熱，其中一部分熱量依次通過(guò)爐膽的外側(cè)部分，保溫層和鐵外殼，以傳導(dǎo)傳熱的方式向爐外散熱，最后由爐外殼外表散失至周

38、圍空間去（輻射和空氣自然對(duì)流的方式）。如處于穩(wěn)定狀態(tài)傳熱，并能測(cè)處各層界面溫度時(shí)。爐壁的散熱量由下公式計(jì)算：1） 硅藻土磚+石棉板保溫層Q= （w）式中：t1硅藻土磚內(nèi)表面溫度（）。t3石棉板層外表溫度（）。鐵外殼厚度較?。s1mm）時(shí)， t3可取鐵殼外表溫度（）。磚、板分別為硅藻土磚層和石棉板層厚度（m）。磚、板分別為硅藻土磚層和石棉板層的平均導(dǎo)熱系數(shù)。A磚均、A板均分別為硅藻土磚層和石棉板層的平均導(dǎo)熱面積?？梢栏鲗油獗砻娣e的幾何平均值計(jì)算。即：A均=（A內(nèi)A外）0。5 m22）硅酸鋁纖維保溫層 （w）此時(shí)，t2=鐵外殼表面溫度。各符號(hào)意義可參考上面所述。兩臺(tái)爐子的爐壁散熱依據(jù)處于同一爐溫和

39、達(dá)到穩(wěn)定熱態(tài)的條件下進(jìn)行計(jì)算和比較，為節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，本次實(shí)驗(yàn)取兩臺(tái)爐子作比較，爐溫為800，并在爐溫達(dá)到800下保溫50分鐘，近似視爐子此時(shí)達(dá)到穩(wěn)定熱態(tài)，用該時(shí)測(cè)得之值作為爐壁散熱量的計(jì)算和比較。顯然爐壁散熱量低的爐子有較好的保溫隔熱性能，相對(duì)熱耗低，有利于提高爐子效率和達(dá)到節(jié)能的效果。三、實(shí)驗(yàn)操作步驟1、預(yù)先將兩臺(tái)馬弗電爐的爐溫升至600（由實(shí)驗(yàn)老師完成），測(cè)量并記錄各溫度值后，將爐溫控制器的定位指針調(diào)到800的位置，記下升溫開(kāi)始的時(shí)間。在升溫的階段中，注意調(diào)整自耦調(diào)壓器使兩臺(tái)爐子的功率保持一致，并每隔10分鐘測(cè)量并記錄各個(gè)溫度值和電壓、電流值一次。2、測(cè)量記錄馬弗爐爐膽樣品和爐子外殼的側(cè)壁

40、尺寸，作為計(jì)算導(dǎo)熱面積的依據(jù)。3、當(dāng)爐溫到達(dá)800，爐溫控制器跳閘時(shí)，記錄好到達(dá)時(shí)間和各個(gè)溫度值，并在其后每隔10分鐘測(cè)量記錄各個(gè)溫度值一次，直至保溫50分鐘，爐壁散熱量依據(jù)保溫50分鐘時(shí)的溫度值進(jìn)行計(jì)算。4、實(shí)驗(yàn)完畢，將調(diào)壓器恢復(fù)為零，關(guān)閉爐溫控制器開(kāi)關(guān)和拉下?tīng)t子供電的閘刀開(kāi)關(guān)，清理打掃實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，最后經(jīng)指導(dǎo)教師審查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和簽名。注意事項(xiàng)：1、切勿接觸爐子供電接頭部分和爐體的高溫部分，防止人身安全事故；2、愛(ài)護(hù)儀器設(shè)備，避免碰折跌壞水銀溫度計(jì)和表面溫度計(jì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)日期：同組者姓名：#爐（硅藻土磚+石棉板保溫層）#爐（鋁酸纖維氈保溫層）時(shí)間電壓（V）電流(A)t爐()t1()t2()

41、t3()時(shí)間電壓（V）電流(A)t爐()t1()t2()t3()四、數(shù)據(jù)整理和分析1、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理計(jì)算填入下表，并記錄使用硅藻鋁酸纖維氈達(dá)到的節(jié)能效果。 #爐（硅藻土磚+石棉板保溫層）#爐（鋁酸纖維氈保溫層）600至800空爐升溫時(shí)間（分）t爐=800時(shí)爐側(cè)壁散熱量（W）600至800空爐升溫時(shí)間（分）t爐=800時(shí)爐側(cè)壁散熱量（W）2、繪出兩爐保溫層內(nèi)表溫度（t1）的升溫曲線，對(duì)兩曲線作出比較和分析。 實(shí)驗(yàn) 熱管對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解熱管換熱器試驗(yàn)臺(tái)的工作原理；2、熟悉熱管換熱器試驗(yàn)臺(tái)的使用方法；3、掌握熱管換熱器換熱量Q和傳熱系數(shù)K的測(cè)量和技術(shù)方法；4、明確流速對(duì)傳熱過(guò)程的影響

42、。二、實(shí)驗(yàn)方法和基本知識(shí)換熱器是一種由熱流體將熱量連續(xù)傳遞給冷流體的裝置，工業(yè)爐上，常應(yīng)用于利用冶金爐窯廢棄的余熱來(lái)加熱燃燒所用的空氣或煤氣，達(dá)到減少熱耗，提高設(shè)備效率和節(jié)約的目的，在金屬換熱中，冷流體和熱流體分別在金屬管的管壁內(nèi)外流動(dòng)，由于存在溫度差，熱量不斷地由熱流體通過(guò)金屬間壁傳遞給冷流體，為了提高換熱面積和換熱效果，增加給熱量，金屬換熱器的管壁又常制成帶針狀或翅片狀等型式。為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)裝置，本實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)部充入一定量丙酮而外表面帶有翅片的鋁質(zhì)金屬管來(lái)模擬換熱器的工作情況，金屬管內(nèi)充入丙酮后兩端均作密封，而且又分為上下兩段，下段作加熱部分使用，由電熱元件加熱后的熱空氣對(duì)下段進(jìn)行加熱，丙酮的

43、沸點(diǎn)較低（為56.2），加熱后形成蒸汽上升進(jìn)入上段，受冷凝后又流回下段被繼續(xù)加熱，從而對(duì)上段不斷地加熱；此外，通過(guò)金屬管壁的導(dǎo)熱，也有部分熱量由下段傳導(dǎo)至上段，故此該金屬管又稱(chēng)之為熱管。熱管的上段，則作為實(shí)驗(yàn)的測(cè)試部分，用風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)垂直正交流過(guò)熱管上段表面并被加熱，測(cè)定冷風(fēng)被加熱前的溫度（t3）和加熱后的溫度（t4），可按下式計(jì)算確定熱管對(duì)冷風(fēng)的熱量。Q=mCp (t4t3) Kwm空氣的質(zhì)量流量，Kg/s,可用下式計(jì)出：m =tvt Kg/S測(cè)得流速、管徑和氣體溫度時(shí) Kg/sCp-空氣的定壓比熱，060時(shí)，可取為1.005 KJ/Kg,t3、t4-空氣被加熱前后的溫度，。測(cè)出熱管表面的平均

44、溫度t2時(shí)，熱管外表面對(duì)冷氣的給熱系數(shù)K由下式計(jì)算： Kw/C式中：A表熱管的外表面積，每根熱管測(cè)試段的外表面積為0.0965；熱管外表面與冷風(fēng)的平均溫度差，以對(duì)數(shù)平均值計(jì)算，即 由于本實(shí)驗(yàn)控制各個(gè)溫度值均較低（80），故熱管表面與氣流間是以對(duì)流傳熱的方式為主進(jìn)行換熱的，改變風(fēng)速和風(fēng)量將使給熱量和給熱系數(shù)發(fā)生變化。三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)在熱管換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)上（圖1）進(jìn)行，其中采用的熱管8根，并以叉排布置（圖2），8根熱管的外表面積共為0.772，熱管的上下段分別置于被隔開(kāi)的上下兩室中圖1、熱管換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)圖2 熱管工作原理示意圖風(fēng)機(jī)將空氣送入，經(jīng)電熱元件加熱后形成熱風(fēng)，流過(guò)下室中的熱管下段并對(duì)其進(jìn)行

45、加熱，然后由排風(fēng)口排出，上室中由上進(jìn)風(fēng)口引入冷空氣，流過(guò)上室中的八根熱管表面被加熱，最后經(jīng)風(fēng)速儀流出，實(shí)驗(yàn)臺(tái)共設(shè)四支溫度計(jì)測(cè)溫，即下室出口熱風(fēng)溫度t1，熱管外表面溫度t2，上室冷風(fēng)溫度t3。被加熱后溫度t4。 注意控制t1不超過(guò)80，以防管道密封橡皮圈過(guò)熱老化，熱管外表面溫度是測(cè)定中由一根熱管中段溫度來(lái)近似代表八根熱管平均外表面溫度。忽略可能存在的一定偏差，t1、t3、t4三支溫度計(jì)要注意插入到管道中部，減少測(cè)量數(shù)值誤差。1和2實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)性能相同，上下風(fēng)機(jī)供電電壓均為8.4伏，上室風(fēng)速風(fēng)量依靠引風(fēng)管上的閘板來(lái)進(jìn)行測(cè)定。1和2實(shí)驗(yàn)臺(tái)的風(fēng)速葉出口直徑為66.7毫米，表盤(pán)刻度單位為5m/s，電熱元

46、件由自藕調(diào)壓起器調(diào)壓供電，1和2試驗(yàn)面均調(diào)定電壓為150伏，并聯(lián)入一電壓表觀察線路電壓的波動(dòng)情況，3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)與1、2實(shí)驗(yàn)臺(tái)大致相同，由于所用風(fēng)機(jī)性能與1和2實(shí)驗(yàn)臺(tái)的不一樣，故供電線路有點(diǎn)不同，下風(fēng)機(jī)用自耦調(diào)壓器調(diào)壓至140伏供電，上風(fēng)機(jī)用另一自耦調(diào)壓器改變供電電壓，以調(diào)節(jié)控制供風(fēng)的流速（不設(shè)閘門(mén)控制），電熱元件是直接用220伏電壓供電，此外，3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的風(fēng)速計(jì)出口直徑為67毫米，表盤(pán)刻度單位為10m/s，實(shí)驗(yàn)操作和計(jì)算中要注意它們的不同。每臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)配備儀器用品如下：150溫度計(jì)一支（測(cè)t3用）；1100溫度計(jì)三支；秒表一塊；接線板一塊；交流電壓表一塊；1和2試驗(yàn)臺(tái)低壓（8.4伏）變壓器二個(gè)，

47、2kw自耦調(diào)壓器一臺(tái)；3試驗(yàn)臺(tái)1kw自耦調(diào)壓器二臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、檢查供電線路連接，特別是要注意檢查調(diào)壓器和試驗(yàn)臺(tái)一定應(yīng)連接好地線，以保設(shè)備和人身安全，插好溫度計(jì)，t1、t3及t4測(cè)點(diǎn)的溫度計(jì)要插到管道中心位置上，使減少測(cè)量誤差。讀取和記錄下各溫度計(jì)的偏差值，在以后計(jì)算中加以修正。2、給上下風(fēng)機(jī)和電熱元件送電，并記錄下開(kāi)始時(shí)間。1和2試驗(yàn)臺(tái)電熱元件的供電電壓用自耦調(diào)壓器調(diào)到150伏，引風(fēng)管閘門(mén)開(kāi)啟到最大刻度線處，使上室送風(fēng)處于最高流速。3試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)將下風(fēng)機(jī)的自耦調(diào)壓器調(diào)至140伏供電，并始終保持不變，上風(fēng)機(jī)則調(diào)到150伏供電，使上室送風(fēng)處于最高流速。3、在上室處于最高風(fēng)速下，每隔十分鐘讀取和記錄下電壓值，各測(cè)量溫度值及送風(fēng)流速，風(fēng)速測(cè)定方法是，首先按動(dòng)復(fù)位鍵使秒表和風(fēng)速計(jì)指針均復(fù)零，然后同時(shí)按動(dòng)走動(dòng)鍵令秒表和風(fēng)速計(jì)計(jì)數(shù)，可取10秒后同時(shí)按停秒表和風(fēng)速