傳熱學試驗指導書

傳熱學實驗指導書姓名：學號：專業(yè)班級：環(huán)境與能源工程學院實驗中心熱電偶的制作與標定、實驗目的1、掌握銀銘一康銅熱電偶制作方法;2、掌握熱電偶的標定方法。

、實驗設(shè)備及原理1、焊接設(shè)備：熱電偶點焊機；2、標定設(shè)備：熱電偶校驗儀；3、其他設(shè)備：墨鏡、鉗子、剪刀、細砂紙、米尺等；4、熱電偶絲：中0.2、40.5熱電偶用康銅線、饃銘絲線。熱電偶是工業(yè)上最常用的一種測溫元件，它是由兩種不同的導體絲A和B,焊接組成一個閉合回路而構(gòu)成的。其測溫原理是基于1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)的熱電現(xiàn)象，當兩種不同的導體A和B連接在一起構(gòu)成一個閉合回路，此時如果兩個接點的溫度不同時（如t>to）,那么在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，如圖1所示。也就是說，熱電偶是通過測量熱電動勢來實現(xiàn)測溫的。AAB稱為熱偶絲，也稱熱電極。置在被測溫度為t的介質(zhì)中的接頭，由端）。常用的賤金屬熱電偶材料有：銅-康銅（T型）饃銘-康銅（E型）銀銘-銀硅或銀鋁（K型）本實驗采用饃銘-康銅（E型）圖1電熱偶原理圖當兩接點處于不同溫度時回路中就會產(chǎn)生熱電勢，放稱為測量端（工作端）；另一接頭t0成為參考端（或自（常用于-200C到+400C測溫）（常用于-200C到+900C測溫）（常用于0c到+1300C測溫）熱電偶。使用時應根據(jù)測溫范圍和工作條件選擇偶絲材350?350?2000毫米。三、實驗步驟熱電偶的制作熱電偶測量端的焊接方法采用電弧焊，該方法是利用高溫電弧將熱電偶測量端熔化成球狀。常用的有交流電弧焊和直流電弧焊兩種。交流電弧焊的裝置如圖2所示，這種專職一般用來焊接賤金屬熱電偶。

圖2交流電弧焊裝置制作步驟如下：1、焊接前仔細去掉熱偶絲靠近待焊端部的絕緣層，然后將這兩根被焊的熱電極絞成如圖3的麻花狀或兩頂端并齊。圖3圖3熱電極處理2、調(diào)節(jié)變壓器使輸出電壓為24-30伏的交流電源作為焊接電源。3、戴上墨鏡和手套，用金屬夾子（銅板電極）夾住待焊端作為一個電極，用炭棒（石墨電極）作為另一個電極，當炭棒與被焊熱電偶絲頂端接近時，產(chǎn)生的瞬間電弧將兩根熱偶頂部熔接在一起而形成一個小圓球，用砂紙將小圓球表面打磨光滑。注意：制作合格的熱電偶標準是，焊接牢固，具有金屬光澤結(jié)點表面圓滑，無玷污變質(zhì)和裂紋，焊點直徑約為偶絲直徑的兩倍，電極不允許有折損、扭曲現(xiàn)象。熱電偶的標定本實驗標定方法采用比較法標定，裝置控制面板如圖示。標定步驟如下：1、將標準熱電偶接在面板的標準接線柱上，待測熱電偶接在待測接線柱上。2、檢查儀表箱前面板上各開關(guān)的初始狀態(tài)。把電源開關(guān)扳向下方斷電狀態(tài)，恒溫調(diào)節(jié)器旋鈕至左方，溫度調(diào)節(jié)儀表上的檢控溫度設(shè)在150C。3、調(diào)節(jié)恒溫右旋（恒溫調(diào)節(jié)加熱電壓調(diào)節(jié)）鈕，管爐供電，并在指示儀表上指出。該旋鈕的調(diào)壓范圍為0?220V。注意：對爐體的預熱升溫和初始升溫應不超過40V,以利用爐體的使用壽命?？筛鶕?jù)實驗要求的恒溫溫度進行反復調(diào)節(jié)，直至穩(wěn)定在需要的溫度上。絕對穩(wěn)定是不易控制的，可在基本穩(wěn)定的條件下快速測定。

4、檢測在溫度基本穩(wěn)定的條件下，取等時間間隔，按照標準一被檢1一被檢2,被檢2一被檢1一標準的循環(huán)次序讀數(shù)。要求循環(huán)測讀兩次，每個電偶讀得四次讀數(shù)。將測得的數(shù)據(jù)記錄在記錄表中。四、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理標定記錄表:循環(huán)次序標準檢311檢322標準一被檢1一被檢2被檢2一被檢1一標準標準一被檢1一被檢2被檢2一被檢1一標準平均值首先計算標準電偶和待檢電偶的算術(shù)平均值，如果待檢電偶的算術(shù)平均值與算標準電偶的算術(shù)平均值的誤差在2.5C之內(nèi)，則可認為合格。五、實驗報告要求1、說明熱電偶的測溫原理；2、簡述本次實驗熱電偶的制作與標定方法；3、處理實驗記錄數(shù)據(jù)，判斷自己制作的熱電偶是否合格，若不合格，分析其原因?？諝鈾M掠單圓管表面時的放熱實驗一、實驗目的1、測定空氣橫向流過單圓管表面時的放熱系數(shù)。2、根據(jù)對受迫運動放熱過程的相似分析，將實驗數(shù)據(jù)整理成準則方程式。3、通過相似原理的實際應用，加深對相似原理的了解。4、學習用熱電偶測量溫度用電壓電流測量功率及用比托管測流量的實驗技術(shù)。二、實驗原理根據(jù)牛頓公式物體表面對流放熱量Qc可用下列計算：Qc=u(tw—tf)F[w](1)式中：tw圓管表面平均溫度[C]；tf——實驗段前后流體的平均溫度[C]；F圓管表面積[m2],F=nd，l;d、l分別為圓管的直徑和長度；a對流放熱系數(shù)；[w/m2?C]因此：q=Q[w/m2-C](2)(twTQ二dl根據(jù)相似理論，強迫流動時放熱現(xiàn)象的準則方程式為：根據(jù)實驗研究可知，流體橫向流過單圓管表面時，一般可將準則方程式整理成下列形式：0.25Nuf=CR：fE0，371曳(3)Prw上式中定性溫度為流體平均溫度tf,定型尺寸為管子直徑、流速采用流體過圓管時最窄處的流速。0.25Prf……一一……一——是考慮熱流方向而附加的修正項。\Pru」對于空氣R"常數(shù)，故準則方程式為：Nuf=cR：f(4)式中常數(shù)C'和n可由本實驗確定。本實驗是在空氣被加熱的情況下進行的。圓管內(nèi)加熱器所產(chǎn)生的熱量Q是以對流換熱Q和輻射QR方式傳出的。因此：QC=Q-Qr圓管表面的輻射放熱量Q可由下式計算：

式中：￡為圓管表面黑度,4TwTfLUO0式中：￡為圓管表面黑度,4TwTfLUO0J1100JJ[W](5)￡=0.22;Cb——絕對黑體的輻射系數(shù)Cb=5.67[w/mTv、Tf——分別為圓管表面和流體的平均絕對溫度，K由以上分析可知，實驗的中心問題是必須測量以下幾個物理量：圓管放熱量Q;管壁溫度tw；流體溫度tf；管子直徑d,管子長度l和空氣流速uo三、實驗裝置如圖1,實驗裝置主要由一簡單的風洞和量熱器組成。風洞是用有機玻璃制成的正方形流道［尺寸為axb(mm)］。為了避免渦流的影響，風道內(nèi)表面持光滑。當風機啟動后，室內(nèi)空氣經(jīng)過吸入口2被吸入風洞內(nèi)。吸入口做成雙曲線形以保證進出口氣流平穩(wěn)并減少損失，并且使進口處氣流速度分布均勻。在吸入口后連接入口段和工作段。在工作段中有被研究的圓管(同時也是量熱器)、加熱前流體的測溫熱電偶、加熱后流體的測溫熱電偶。在工作段之后有一支測量流速的畢托管、插板閥、引風機。插板閥用以調(diào)節(jié)流量。為減少風機振動對風洞內(nèi)的速度場的影響，工作段之后的風道用亞麻布軟管與風機相接。風洞內(nèi)畢托管與差壓變送器相連接后可用來測量流速。工作段前后的空氣溫度，即tf1、tf2,用熱電偶來測量。1L101L10圖1.單圓管表面橫向強迫對流放熱實驗裝置示意圖1.風機固定架2.風機3.風量調(diào)節(jié)手輪4.過渡段5.比托管6.測速段7.過渡段8.tfi測溫段9.測試管段10.tfa測溫段11.整流進風口12.支架13.儀表箱圖2量熱器簡圖1.電源線2.壓緊螺母3.保護蓋4.固定板5.絕熱層6.絕熱層7.銅管8.絕緣層9.加熱器量熱器用銅管做成，如圖2。管內(nèi)有電加熱器，用交流電加熱。電熱器所消耗的功率即是圓管表面所放出的熱量。圓管表面溫度tw用焊在管壁上的四對熱電偶測量。電路及測量系統(tǒng)如圖3所示：圖3電路及測量系統(tǒng)示意圖.調(diào)壓器2.量熱器3.加熱器4.測氣體溫度熱電偶5.測銅管表面溫度熱電偶6.加熱管剖面7.差壓傳感器8.巡檢儀9.比托管10.差壓傳感器四、實驗步驟在熟悉實驗裝置后可把線路接好，調(diào)整好測量儀表，經(jīng)教師檢查許可后方可開始實驗，實驗步驟如下：1、先關(guān)閉插板閥，再合上風機馬達的電源，使用風機在空載下起動，然后根據(jù)需要開啟插板閥，以調(diào)節(jié)風量。2、合上電加熱器電源，調(diào)節(jié)輸出電壓（不能超過150伏）在某一定工況下加熱。3、加熱約15分鐘后觀察各熱電偶的電勢直到穩(wěn)定為止，（壁面溫度在3分鐘內(nèi)保持讀數(shù)不變即認為到穩(wěn)定）然后用數(shù)字巡檢儀測量各點溫度值和壓差值。4、保持加熱器功率不變，調(diào)節(jié)插板閥改變風量至另一數(shù)值重復步驟3。

5、實驗中應注意以下幾點：（1）正確調(diào)整使用比托管；（2）必須待風機起動后再合上加熱器電源而實驗結(jié)束時應先停止加熱再停風機。（3）實驗完畢應經(jīng)教師檢查同意后方可離去。五、實驗數(shù)據(jù)記錄由前分析可知，實驗必須測量計算以下幾個物理量：流體溫度tf,管壁溫度tw,空氣流速U和圓管放熱量Q實驗數(shù)據(jù)記錄表如下：序號tf1CtwCtf2c比托管處溫度c銅管前后壓差Pa比托管壓差Pa環(huán)境溫度C電壓V電流A12341234六、實驗數(shù)據(jù)整理1、平均放熱系數(shù)計算:Q-Qr

Q-Qr

(tw-t)dl[w/m2-C](6)式中：Q——電加熱器所消耗的功率（WQ=IU;U——加熱器中的電壓降，（V）;I——加熱器中的電流強度，（A）;d及l(fā)——圓管的直彳土及長度，（m）;本實驗臺，d=0.032m,l=0.45m;Q——輻射放熱量，按式（5）計算。tw——管壁的平均溫度（用每一對熱電偶所對應溫度的平均值）C。tf——流體的平均溫度C.2、努謝爾特準則和雷諾準則計算:

、工dTOC\o"1-5"\h\zNuf=(7)、工d九udc、Re=(8)V2式中：入為仝氣導熱系數(shù)，w/(m-K)；v為仝氣運動黏度，m/s;a,d,u同上。其中流速u為風洞工作段截面上的平均流速(即流體過圓管時最窄截面處的流速)。計算方法如下：(1)計算畢托管所在處流體的流速，通過差壓變送器測量出其動壓頭然后用下式進行計算：2；；：P

w=[m/s](9)vpw流體通過比托管時比托管所在處流體的流速m/s?！辍呁泄苄拚禂?shù)，本實驗臺比托管為1.37。AP-―比托管所在處風洞截面上測點動壓頭，單位Pa。P——空氣密度。(2)根據(jù)連續(xù)性方程計算最窄截面處的速度u,公式如下：(10)比托管所在截面及面積,2=0.0531m；wF=uF(10)比托管所在截面及面積,2=0.0531m；圖4.圖4.確定參數(shù)之間關(guān)系的解法Fb——圓管所在最窄截面處的面積，F(xiàn)b=0.012m2。3、準則方程式的整理：本實驗在不同工況下測量以上數(shù)值，得到四組數(shù)據(jù)。計算后計算后就有四組Rf值與Nf值，表示在對數(shù)坐標圖上(如圖4)就有四個點。這里用Y表示lgNuf,用X表示lgRef,每一對Rf及Zf的值可以在圖上確定一點，將這些點連成一條直線，此直線的方程可以表示為：Y=AnX即：lgNuf=lgcnlgRef式中，lgc=An-tg:——為直線和橫坐標之間夾角切O

用最小二乘法求得A和n,也就得到了c'和n,最終整理出準則方程式。準則方程式的詳細數(shù)據(jù)整理方法見教材P139。七、實驗報告要求1、計算及整理實驗數(shù)據(jù)，作圖并求出準則方程式。2、對實驗結(jié)果進行分析討論。中溫輻射時物體黑度的測試、實驗目的用比較法，定性地測量中溫輻射時物體黑度8O、實驗原理I的純換熱量Qet.i由I的純換熱量Qet.inQnQnet.i=Qabs.i一Qe.i=「Fk-1kEeff*「（dk）dFk-iEb.iFi（1）式中：Q式中：Qet.ii面的凈輻射換熱量。Qbs.ii面從其他表面的吸熱量。Q.i——i面本身的輻射熱量。。i（dk）k面對i面的角系數(shù)。Ef.k——k面有效的輻射力。Si——i面的黑度。Eb.ii面的輻射力。由——i面的吸收率。F——i面的面積。如圖1,根據(jù)本實驗的設(shè)備情況，可以認為傳導圓筒2為黑體。熱源1、傳導圓筒2和待測物體（受體）3它們表面上的溫度均勻（圖1）。圖1輻射換熱簡圖1—熱源2—傳導圓筒3—待測物體因此，公式（1）可寫成：Qnet.3=Ct3（Eb.1Fl巾1.3+Eb.2F2場3因此，公式（1）可寫成：Qnet.3=Ct3（Eb.1Fl巾1.3+Eb.2F2場3）-sEb.3F3因為Fl=F3；a3=￡3；32=巾1.2。又根據(jù)角系數(shù)的互換性F232.3=F3巾3.2,則:q3=Qnet.3/F3=￡3(Eb.1巾1.3+Eb.2M.2)—sEb.33(Eb.1勸.3+Eb.2M.2—Eb.3)由于受3與環(huán)境主要以自然對流方程換熱，因此:q3=otd(t3—tf)式中：ad換熱系數(shù)t3待測物體（受體）溫度tf——環(huán)境溫度由（2）、（3）式得：二d仕3一tf)Eb11.3'Eb2"1.2-Eb3當熱源1和黑體圓筒2的表面溫度一致時，日產(chǎn)Eb2,并考慮到，體系1,2,3為封閉系統(tǒng)，則:巾1.3+巾1.2=1由此，（4）式可寫成：_二d（t3-tf）_二d（t3-tf）“一Eb1-Eb3一仃（Ti4-T；）式中b稱為斯蒂芬―玻爾茨曼常數(shù)，其值為5.7X10-8w/Rk4。對不同待測物體（受體）a和b,應用公式（5）其黑度為：二a(T3a-Tf)二(T1a-T34a)ia3ab(T3b二(T14Tf)丁3：）并且認為其對流換熱系數(shù)相等，即aa=ab=ad,則:T-tt4-t4(6)_a_=13aIf.I1b13b(6)T-TT4-T4b3bf1a3a當b為黑體時，eb=1,(6)式可寫成：44€=T3a-TfT14-丁3：aT3b-TfTi：-丁3；

三、實驗裝置實驗裝置簡圖如圖2所示:1、調(diào)壓器2、源7、傳導體1、調(diào)壓器2、源7、傳導體圖2實驗裝置簡圖測溫轉(zhuǎn)換開關(guān)3、數(shù)顯溫度計4、接線柱溫接線柱（紅為+）8、受體9、導軌支架10、熱源電壓表13、電源開關(guān)511、、導軌6、熱

接線柱12、測它們都可過琴熱源腔體有一個測溫電偶，傳導腔體有二個熱電偶，受體有一個熱電偶,鍵轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換測讀。它們都可過琴四、實驗方法和步驟本實驗儀器用比較法定性地測定物體的黑度，具體方法是通過對三組加熱器電壓的調(diào)整（熱源一組，傳導體二組），使熱源和傳導體的測量點恒定在同一溫度上，然后分別將“待測”（受體為待測物體，具有原來的表面狀態(tài)）和“黑體”（受體仍為待測物體，但表面薰黑）兩種狀態(tài)的受體在恒溫條件下，測出受到輻射后的溫度，就可按公式計算出待測物體的黑度。具體步驟如下：1、熱源腔體和受體腔體（使用具有原來表面狀態(tài)的物體作為受體）靠緊傳導體。2、用導線將儀器上的測溫接線柱12與電位差計（用戶自備）上的“未知”接線柱“+”“-”極連接好。按電位差計使用方法進行調(diào)零、校準并選好量程（X1）。3、結(jié)通電源，調(diào)整熱源、傳導左、傳導右的調(diào)溫旋鈕，使其相應的電壓表指針調(diào)至紅點位置。受熱約