傳熱學實驗指導書

[實驗一]用球體法測定粒狀材料的導熱系數(shù)一、實驗目的1、鞏固和深化穩(wěn)態(tài)導熱的基本理論，學習測定粒狀材料的熱導率的方法。2、確定熱導率和溫度之間的函數(shù)關(guān)系。二、實驗原理熱導率是表征材料導熱能力的物理量，其單位為W/(m·K)，對于不同的材料，熱導率是不同的。對于同一種材料，熱導率還取決于它的化學純度，物理狀態(tài)（溫度、壓力、成分、容積、重量和吸濕性等）和結(jié)構(gòu)情況。各種材料的熱導率都是專門實驗測定出來的，然后匯成圖表，工程計算時，可以直接從圖表中查取。球體法就是應用沿球半徑方向一維穩(wěn)態(tài)導熱的基本原理測定粒狀和纖維狀材料導熱系數(shù)的實驗方法。1和2設(shè)有一空心球體，若內(nèi)外表面的溫度各為t t并維持不變，根據(jù)傅立葉導熱定律：1和2dt dtAdr

4r2dr（1）rr時tt邊界條件r1 1（2）r時tt2 21λ常數(shù)，則由12）式求得 r(t t) d

t) 12 1 2

1 2

2 [W]r r2 1

d d2 1 (d2d1) [W/(m·K)](3)d(t12 1

t)22λ（）式變?yōu)閐t4r2(t)dr（4）由（4）式，得2r1

dr

2tdtt12 將上式右側(cè)分子分母同乘以tt2 2tdt2

t (tt

(5)2r1

tt 2 12 12tdtt式中1 項顯然就是λ在t 和t 范圍內(nèi)的積分平均值，用t

表示即tt 1 2 m2 12tt1

，工程計算中，材料的熱導率對溫度的依變關(guān)系一般按線性關(guān)系處理，即m tt2 10

(1bt)。因此，t20t1

b

t

。這時，(5)式變?yōu)閙 tt2 1

0 2 1 2 r

(d

d) 2 1 [W/(m·K)]（6）m (t1

t)2 r1

d(t12

t)2式中，m

為實驗材料在平均溫度tm

1(t2

t下的熱導率，2為穩(wěn)態(tài)時球體壁面的導熱量，t、t1

分別為內(nèi)外球壁的溫度，d、d1 2

分別為球壁的內(nèi)外直徑。實驗時，應測出t、t1 2

和，并測出d、d1 2

，然后由（3）或（6）得出。m如果需要求λ和t之間的變化關(guān)系，則必須測定不同t下的 值，由m m

bt

（7） m2

bt )m2可求的、bλt之間的關(guān)系式0bt。三、實驗設(shè)備導熱儀本體結(jié)構(gòu)和測量系統(tǒng)如圖1-1所示。圖1-1導熱儀本體結(jié)構(gòu)和測量系統(tǒng)內(nèi)球殼 2．外球殼 3．電加熱器 4．熱電偶 5．轉(zhuǎn)換開關(guān)6．冰點保溫瓶 7．電位差計 8．調(diào)壓變壓器 9．電壓表 10．電流表12d1，外球殼外徑為d2，在兩球殼之間均勻填滿粒狀材料（如砂子、珍珠巖、石棉灰等生的熱量將通過粒狀材料導至外殼，為使內(nèi)外球殼同心，兩球之間有支撐桿。由試料導出的熱量從外殼表面以自然對流的方式由空氣帶走3~6個對熱電偶，用來測量內(nèi)外球殼的溫度，并取其平均值作為球壁的表面溫度。止人員走動、風等對球殼表面空氣自由流動的干擾，以便使外球殼的自然對流放熱狀態(tài)穩(wěn)定，這樣才能在試料內(nèi)建立一維穩(wěn)態(tài)溫度場。四、實驗步驟1后均勻的裝入球內(nèi)；2、將所有儀器儀表按圖1-1接好，并經(jīng)指導教師檢查；3、接通電源，用調(diào)壓變壓器將電壓調(diào)到一定的數(shù)值并保持不變，觀察各項測量數(shù)據(jù)的變化情況；4、當各項數(shù)據(jù)基本不隨時間變化時，說明系統(tǒng)已達穩(wěn)定狀態(tài)，開始測量并記錄，每隔5分鐘測一次，并測3次；5、整理數(shù)據(jù)，選取一組數(shù)據(jù)，代入計算式，計算值m；次數(shù)1234 5 6平均123456平均 電流I電壓V123材料內(nèi)球殼外徑材料內(nèi)球殼外徑外球殼內(nèi)徑室溫測量內(nèi)球殼外面溫度℃外球殼外面溫度℃電加熱器重復步驟4和5，得到新的 值。m利用兩種情況下的 值，由（7）式求得、b值，得出λ和t之間的關(guān)系式m 0(1bt)。0五、實驗報告要求1、畫出實驗裝置系統(tǒng)簡圖；2、實驗過程中所測量的原始數(shù)據(jù)記錄3、實驗表格和計算結(jié)果4、實驗結(jié)果的誤差分析和討論六、思考題1、試料填充的不均勻所產(chǎn)生的影響是什么？2、內(nèi)外球殼不同心所產(chǎn)生的影響是什么？3、室內(nèi)空氣不平靜會產(chǎn)生什么影響？4、怎樣判斷、檢驗球體導熱過程已達到穩(wěn)態(tài)？5、怎樣按測得的數(shù)據(jù)，計算圓球表面自然對流換熱系數(shù)？6、球體導熱儀從開始加熱到熱穩(wěn)態(tài)所需時間取決于哪些因素？[試驗二]空氣外掠單管管外放熱系數(shù)的測定一、實驗目的1、了解對流放熱的實驗研究方法。2、測定空氣橫向流過單管表面時的平均放熱系數(shù)h，并將試驗數(shù)據(jù)整理成準則方程式，加深對相似理論的理解。３、學習測量風速、溫度和熱量的基本技能。二、實驗原理h物性間的關(guān)系可用下列準則方程式描述：Nuf(Re,Pr)實驗研究表明，流體橫掠單管表面時，一般可將上式整理成下列具體的指數(shù)形式NuCRenPrm式中：c、n、m均為常數(shù)，由實驗確定，Nuhd,Reud,Pr a上述各準則中d為實驗管外徑，作定性尺寸[m]u為流體流過實驗管外最窄面處流速[m/s]λ[W/(m·K)]a為流體的導溫系數(shù)[m2/s]νm2/s]定性溫度用流體邊界層的平均溫度 tmPr0.7NuCRen

1(t2

t)，鑒于實驗中流體為空氣，fCnI、空氣溫度tf、ω在實驗中無法直接測得，可通過計算求得，而物性參數(shù)可在有關(guān)資料中查得。得到一組數(shù)據(jù)后，可得一組Re、Nu值，改變空氣流速，又得到一組數(shù)據(jù)，再得到一組Re、Nu值，改變幾次空氣流速，就可得到一系列的實驗數(shù)據(jù)。三、實驗設(shè)備圖2-1實驗風洞簡圖雙扭曲線進網(wǎng)口 2.蜂窩器 3.整流金屬網(wǎng) 4.第一測試段 5.實驗段6.第二測試段 7.收縮段 8.測速段 9.橡皮連接管 10.風機 皮托管加熱器、水銀溫度計、傾斜式微壓計、比托管、電位差計、電流表、電壓表以及調(diào)壓變壓2-1所示：由于實驗段前有兩段整流，可使進入實驗段前的氣流穩(wěn)定。比托管置于測速段，測速段截面較實驗段小，以使流速提高，測量準確。風量由風機出口擋板調(diào)節(jié)。壁溫。四、實驗步驟電壓表以及調(diào)壓變壓器線路連接好，指導老師檢查確認無誤后，準備啟動風機。板，調(diào)節(jié)風量。一熱負荷下加熱，并保持不變，使壁溫達到穩(wěn)定（3分鐘內(nèi)保持讀數(shù)不變，即可認為已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)）后，開始記錄熱電勢、電流、電壓、空氣進出口溫度及180V。在一定熱負荷下，通過調(diào)整風量來改變Re壓不變，依次調(diào)節(jié)風機出口擋板，在各個不同的開度下測得其動壓頭，空氣進、出口溫度以及電位差計的讀數(shù)，即為不同風速下，同一負荷的實驗數(shù)據(jù)。即可。實驗完畢，先切斷實驗管加熱電源，待實驗管冷卻后再停止風機。五、實驗數(shù)據(jù)的整理計算壁面平均放熱系數(shù)電加熱器所產(chǎn)生的總熱量Q，除以對流方式由管路傳給空氣外，還有一部分是以射方式傳出去的，對流放熱量為Qc為QQQc T

IVQTQCF[( w)4( f)4] 0 100 100Q—輻射換熱量；—試管表面黑度；0.6~0.7C—絕對黑體輻射系數(shù)；C0

5.67T—管壁面的平均絕對溫度；wTf—流體的平均溫度；F—管表面積。根據(jù)牛頓公式，壁面平均對流放熱系數(shù)為：Q c m2C](t t)Fw f空氣流速的計算采用畢托管在測速截面中心點進行測量，由于實驗風洞測速分布均勻，因此不必進行截面速度不均勻的修正。若采用傾斜式微壓計測得的動壓頭為h，則由能量方程式: 2 1 2g2空

0而

）h2 1 酒 空2g（ 2 2g（ 2 空（酒）h2g空空2gh（酒 空酒式中： —微壓計酒精的密度；0.81103kgm3酒 —空氣的密度，根據(jù)空氣的平均溫度，可在有關(guān)書中查得；空h—動壓頭，用液柱高表示。由上式計算所得的流速式測速截面處的流速，而準則式中的流速W是指流體流過實驗管最窄截面的流速，由連續(xù)性方程：W F測 測

W (F試

Ldn)W測W 測FW測試 F Ld試式中：F測

測速處流道截面積；[m2]F 測F放試管處流道截面積；[m2]試F 試L實驗管有效管長；Ld實驗管外徑；dn實驗管數(shù)；nW 測速處流體流速；[ms]測W s]試確定準則方程式：

為縱坐標，以Rum em

為橫坐標的常用對數(shù)坐標圖上，得到一些實驗點，然后用直線連接起來，因：INug m

I nI Regc g m為直線的截距，n為直線的斜率，取直線上的兩點，INuINung 2 g 1I ReI Reg 2 g 1CNu1Rne即可得出具體的準則方程式NuCRen六、實驗報告要求實驗原理實驗原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)整理；NuCRen圖線誤差分析七、思考題1、 以本實驗為例，試討論相似理論在對流換熱實驗研究中的應用。2、 為什么本實驗可認為風道壁溫，等于流體溫度，并用流體溫度來計算射換熱量？3、 標繪測速斷面速度分布圖，并進行分析。4、 本實驗中的實驗管，其邊界條件屬于常熱流邊界條件，還是常壁溫邊條件？實驗數(shù)據(jù)原始記錄表風洞截面尺寸：風洞截面尺寸：1.測速段截面尺寸，0.25*0.10m22.實驗段截面尺寸，0.25*0.25m23.實驗段有效流通面積，m2實驗管尺寸：1.外徑，m；0.0382.有效長度，m，0.23電加熱器 氣流溫度 微壓計電加熱器 氣流溫度 微壓計實驗管壁面溫度實驗次序入出口口電電空空流壓氣氣溫溫度度1234平均值微壓計讀數(shù)傾角比值毫伏讀數(shù)毫溫 度 讀數(shù)毫溫 度 讀數(shù)溫度毫伏 溫讀 數(shù)壁溫平均值A(chǔ) V ℃ ℃ ℃ mmmV ℃ mV ℃ mV ℃mV℃ ℃123456雷諾數(shù)w ℃ ℃雷諾數(shù)w ℃ ℃w wmm m/s m/s123456電空壁電空壁對加氣面輻 對流實熱平平射 流放驗器均均熱 熱熱次功溫溫量 量系數(shù)率度度數(shù)微測實壓速驗計段段壓流流差速速導運努熱動塞系粘爾數(shù)度數(shù)[實驗三]空氣沿橫管表面自由流動的放熱一、實驗目的和要求1．了解空氣沿管表面自由放熱的實驗方法，鞏固課堂上學過的知識；2．測定單管的自由運動放熱系數(shù)；3．根據(jù)對自由運動放熱的相似分析，整理出準則方程式。二、實驗原理對銅管進行電加熱，熱量應是以對流和輻射兩種方式來散發(fā)的，所以對換熱量為總熱量與輻射換熱量之差，即：QQQQc

F(tw

t)fIV C T T 0 [( w)4

f)4]F(tw

t) (tf

t) 100 100fQ—輻射換熱量；Q—對流換熱量；c—試管表面黑度；C—黑體的輻射系數(shù)；0t—管壁平均溫度；wt —室內(nèi)空氣溫度；f—自由運動放熱系數(shù)；根據(jù)相似理論，對于自由對流放熱，努謝爾特數(shù)Nu，是葛拉曉夫數(shù)Gr、普朗特數(shù)Pr的函數(shù)即：Nuf(Gr,Pr)Nuc(GrPr)n其中cn算結(jié)果求得準則數(shù)：Nud

Gr

gtd3 2物性參數(shù)由定性溫度從教科書中查出。該變加熱量，可求得一組準則數(shù)，把幾組數(shù)據(jù)標在對數(shù)坐標上得到以Nu為縱坐標，以Gr、Pr為橫坐標的一系列點，畫一條直線，使大多數(shù)點落在這條直線上或周圍，根據(jù)：lgNulgcnlg(Gr.Pr)為這條直線的斜率即為n，截距為c.三、實驗裝置即測量儀表實驗裝置由實驗管（八種類型TDGC器、電流表、電壓表。實驗管上有熱電偶嵌入管壁，可反映出管壁的熱電勢，電位差計用于測量管壁的電熱勢，穩(wěn)壓器可穩(wěn)定輸入電壓，使加入管的熱量保持一定，電壓、電流表測定電加熱器的電壓和電流。圖3-1實驗管電路及測量系統(tǒng)實驗管 2.電加熱器 3.壁溫熱電偶 4.轉(zhuǎn)換開關(guān)5.電位差計6.冰水溶液保溫瓶 7.電流表 8.電壓表 9.變壓器四、實驗步驟按電路圖接好線路，經(jīng)指導老師檢查后接通電源；調(diào)整調(diào)壓器，對實驗管加熱；穩(wěn)定六小時后開始測管壁溫度，記下數(shù)據(jù)；間隔半小時再記一次，直到兩組數(shù)據(jù)接近為止；將兩組接近的數(shù)據(jù)取平均值，作為計算數(shù)據(jù)；記下半導體溫度計指示的空氣溫度或用玻璃溫度計；經(jīng)指導教師同意，將調(diào)壓器調(diào)調(diào)整回零位，切斷電源。五、實驗數(shù)據(jù)的整理1、已知數(shù)據(jù)管徑：d=d=d=d=管徑：1 2 3 4d=d=d=d=5 6 7 8管長：L=L=L=L=1 2 3 42、測試數(shù)據(jù)

L=L=L=L=5 6 7 8管壁熱電勢mv、mv、mv、……mv、1 2 3 n室內(nèi)空氣溫度tfI，電壓V3、整理數(shù)據(jù)：mVmV mV根據(jù)所測熱電勢算出平均值mV 1 2m n

N查出對應的溫度t，計算加熱器的熱量QIV[W]a、 求對流放熱系數(shù)IV C T T0 [(w)4(f)4]F(tw

t) (tf

t) 100 100fb、 查出物性參數(shù)定性溫度取空氣邊界層平均溫度tm

1(t2

t，在書的附錄中查得空氣的導熱系數(shù)w、熱膨脹系數(shù)導溫系數(shù)a、和普朗特數(shù)Pr。c、 用標準公式計算對流換熱系數(shù)Nu和a'。aaa'a'd、 以班組為單位整理準則方程把求得的有關(guān)數(shù)據(jù)代入準則中可得準則式，把對應的數(shù)據(jù)標在對數(shù)坐標紙上，幾組數(shù)據(jù)可標得一條直線，求得Nuc(GrPr)n六、實驗報告要求實驗目的、原理、步驟、數(shù)據(jù)整理；作出直線，寫出準則方程式；誤差分析。七、思考題4．表3-1

怎樣才能使本實驗管的加熱條件成為常壁溫？如果室內(nèi)空氣溫度不平靜，會導致什么后果？本實驗的范圍有多大，是否可達到紊流狀態(tài)？橫管幾何尺寸橫管幾何尺寸室溫熱電勢（mV）管表面溫度項目D L(m) (m)F(m)V I Q℃mV1 2 3 4 5 6 7mVmV+mr t℃f wfD3×ΔttmTmβ×λ×ν× PrGrReaNu104102102106序號[實驗四]金屬表面的法向輻射率的測定序號一、實驗目的與任務熱輻射的基本概念和基本理論；學習法向輻射測量儀的基本原理；掌握金屬材料表面法向輻射率的測量方法。二、實驗原理在傳熱學中，將某物體表面的半球輻射率（或稱為半球發(fā)射率、半球黑度、簡稱黑度）E與同溫度下黑體表面的輻射力Eb

比值，即E。而某物Eb體表面的法向輻射率（法向輻射率，或法向黑度）定義為該物體表面的法向輻射強度I與nI同溫度下黑體的法向輻射強度Ibn有一定的數(shù)量關(guān)系。

的比值，即

n。對于每一種物體表面，和之間InIbn法向輻射率測量儀就是從法向輻射率的基本定義出發(fā)而設(shè)計的，圖4-1用一個熱輻射敏感組件分別接受溫度相同的待測樣品和黑體的熱輻射，為限制待廁樣品和黑體的輻射能量只有法線方向的能量被感受組件所接收，將感受件置于一個直徑較小、長度教長的黑體腔內(nèi)（稱為感受件腔。感受件是采用無選擇性的平面熱電堆。它由八對熱電偶串聯(lián)而成，可使輸出信號加大。讓感受件分別接受同一溫度下的待測樣品和黑體的熱輻射，則感受件的電勢與待測樣品和黑體的法向輻射強度成正比，即：KInbKIbn式中：——感受件接受待測樣品輻射時的電勢；b——感受件接受黑體輻射時的電勢；K——比例系數(shù)，或成為熱電轉(zhuǎn)換系數(shù)。再根據(jù)法向輻射率的定義，I nn Ibn則有：nb三、試驗儀器的構(gòu)造圖4-1法向發(fā)射率測定儀示意圖黑體腔 2．待測試件 3．熱電堆 4．零點校正器法向輻射率測量儀主要由樣品室、黑體腔、感受件腔和零點校正器等四部分構(gòu)成，見結(jié)構(gòu)示意圖4－1。樣品室事將待測樣品置于一個熱水腔內(nèi)，其熱水由恒溫水浴提供；而且與黑體腔串聯(lián)起來用同一個恒溫水浴供熱水，保證待測樣品與黑體的溫度相同黑體腔：也稱作人工黑體，黑體腔直徑與長度之比為1/3內(nèi)壁涂有無光黑漆ε1樣品和黑體腔法向輻射的能量，該腔用自來水供水。來通自來水。右移動分別對準AOB三個位置上。四、試驗步驟檢查水路以及感受組件平面熱電堆到二次儀表（檢流計或電位差位）將待測樣品裝入樣品室。以解決。將恒溫水浴接點溫度計調(diào)到制定位置。衡后，關(guān)閉恒溫水域上的輔助加熱開關(guān)。測量先將感受件腔對準零點校正器，當電位差計上的檢流計指針沒有明顯漂移后，記住檢流計指針的位置。0將感受件腔右移到B位置，對準黑體腔，調(diào)節(jié)電位差計的測量盤，使檢流計指針指到，記下測量盤的度數(shù)。0 b然后再將感受件腔向左移動，對準樣品室，調(diào)節(jié)電位差計測量盤，使檢流計指針指到，記下測量盤的讀數(shù)。0根據(jù)公式 In b

，求出I nb試完畢后，停止攪拌，關(guān)閉恒溫水浴電源開關(guān)及自來水閥門。注意，測試過程中不能用手觸摸樣品表面，否則會影響測試數(shù)據(jù)，因為材料表面的光潔度對影響很大。五、思考題測定法向輻射率有什么實際意義？本儀器是否宜于測定輻射率較低的試件？待測試件的厚度是否影響測試結(jié)果？對于不良導體是否適用？影響測試準確性的因素都有哪些？[實驗五（演示）]利用紋影儀觀察自然對流換熱時的邊界層狀態(tài)一、 實驗目的觀察空氣在自然對流換熱時的邊界層狀態(tài)，了解邊界層內(nèi)速度分布、溫度分布及局部放熱系數(shù)x與邊界層狀態(tài)的關(guān)系。二、 實驗原理溫度tf

的靜止流體，與溫度為t

tw

tw同，流體的溫度也不同，因而密度不同，引起浮升力，造成近壁處流體的自由流動，形成速度邊界層和熱邊界層，由于速度由溫度變化引起的，所以可以認為速度邊界層和熱邊界層厚度相等。設(shè)有一豎壁，tf

t，流體受浮升力作用自壁的下端向上運動，開始時邊界層處于層w流狀態(tài)，向上邊界層逐漸加后，達到某一高度，流態(tài)開始轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?，但緊貼壁面的部分為層流底層，邊界層內(nèi)的速度分布，溫度分布及局部放熱系數(shù)示。圖5-1豎板自然對流邊界層狀態(tài)三、 實驗設(shè)備如圖5—2所示，主要有光源、加熱體和屏幕。

的變化情況如圖5—1所x圖5-2平行光光源 2．加熱體 3．屏幕 4．可調(diào)變壓器 5．電壓表6．電流表1、平行光光源，包括一個220V250W的碘鎢燈，一個發(fā)射凹槽，一個可調(diào)凸透鏡。2、加熱體，可以是水平圓管、豎管、水平板（熱面朝下或朝上。實驗時加熱體為水1000W60V左右，就可觀察到影象，管外近壁處空氣溫度大約在100℃以上。四、實驗步驟及結(jié)果1、把光源、加熱體、屏幕放到一條直線上，并拉開一定距離；2、連接加熱體的線路，并通電加熱；3、打開電源，幾分鐘之后，則可在屏幕上看到影象；4、加熱體形體不同，在屏幕上所得到的邊界層影象也不同。五、思考題1、 流體產(chǎn)生自然對流換熱的根本原因是什么？2、 自然對流邊界層內(nèi)的速度和溫度分布是怎樣的？3、 自然對流中如何判斷層流和紊流？4、 自然對流換熱比強迫對流換熱更難獲得分析解，為什么？[實驗六（演示）]流動水槽中流動可視化演示一、實驗目的1、觀察流體流動的跡線和流線；2、觀察流體繞不同物體流動時的各種流動現(xiàn)象，加深對流體流動規(guī)律的認識和理解；3、觀察平板熱邊界層的變化情況和熱邊界層內(nèi)的溫度分布情況。二、實驗原理產(chǎn)生氣泡，借助于氣泡對光的散射，顯示出流體質(zhì)點的運動，這就是流動水槽觀察流動的簡單原理。時，流場中連續(xù)的不同位置質(zhì)點的流動方向線，所以跡線和流線是不同的，只有在定常流動時，跡線才是流線，在水槽的定常流場中，如果在某斷面上連續(xù)地產(chǎn)生氣泡，用照相機拍照，在短暫的暴光時間內(nèi)，照片上留下流體質(zhì)點的很小位移線段，它的方向可代表這一瞬時流體質(zhì)點的運動速度方向，把這些小線段前后相接連成的曲線就是流線，實際上，在水槽的某一截面上的許多點上同時產(chǎn)生氣泡，所以可從水槽中觀察流譜以及軌跡線。三、實驗設(shè)備整個設(shè)備包括回路式槽體、槽體臺架方波發(fā)生器及光源，如圖6—1所示。圖6-1流動顯示水槽示意圖1.實驗段 2.電機 3.第一拐角段 4.軸流泵 5.擴散段6.第二、三拐角段 7.導流片8.排氣管 9.蜂窩器 10.收縮段 阻尼網(wǎng) 12~14.支架 15.排水閥16.臺架17.方波發(fā)生器18.極性轉(zhuǎn)換開關(guān)19.電機啟動開關(guān)20.流速調(diào)節(jié)旋鈕21.保險絲盒22.指示燈23.模型柜1300mm140mm、深100mm16cm/s2000mm。槽體臺架為鋼木結(jié)構(gòu)，臺架上放置水槽，臺架內(nèi)裝有電源，方波發(fā)生器，電動機調(diào)速器。方波發(fā)生器是流場顯示產(chǎn)生氫氣泡的電源裝置。光源由光源支架及PTδ4-1白晝幻燈機組成，光源支架可任意調(diào)節(jié)其俯仰角度。四、 實驗步驟插入閘板，啟動水泵，這時，拐角段內(nèi)水面上升（此時排汽管通大氣，待水面升到拐角段上表面，將該段內(nèi)空氣已基本排出時，封閉排氣管，關(guān)閉水泵，取出閘板，插入阻尼網(wǎng)，若實驗段水面低于收縮段出口處的高度，則需要再加水，直到水面略高于收縮段出口高度為止。（注意：陰極絲和陽極絲不能短路）打開水源，調(diào)節(jié)流速旋鈕，使流動達到需要的速度。打開光源，調(diào)整光源位置和光柱幅度。各種不同得流譜。放置平板及直槽道模型，觀察邊界層得變化情況及速度分布；放置圓柱體模型，觀察圓柱體周圍得速度分布情況；放置管速模型，觀察流體繞過順排及叉排管束時得流動情況；放置機翼模型，觀察翼型表面得流體分離區(qū)及旋渦區(qū)。五、實驗報告畫出繞機翼流動得流譜；畫出繞圓柱流體流動得流譜；畫出繞管束流動得流譜。六、思考題性及它們之間的關(guān)系。層流邊界層快？邊界層得厚度受那些因素得影響？速度邊界層和熱邊界層是否一定在平板前緣同時開始形成？流體在管內(nèi)流動時流動入口段對換熱有什么影響？為什么流速對換熱有重要影響？管束得順排和叉排是如何影響對流換熱的？實驗類型:綜合性實驗

[實驗七]換熱器綜合實驗適用對象:熱動、集控、建環(huán)、制冷專業(yè)一、實驗目的1、熟悉換熱器性能的測試方法，了解影響換熱器性能的因素。2、掌握間壁式換熱器傳熱系數(shù)的測定方法。3、了解套管式換熱器、板式換熱器和列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點及其性能的差別。4、加深對順流和逆流兩種流動方式換熱器換熱能力差別的認識。5、熟悉流體流速、流量、壓力、溫度等參數(shù)的測量技術(shù)。二、實驗要求1、以傳熱系數(shù)為縱坐標，冷（熱）水流量為橫坐標繪制換熱器傳熱性能曲線。2、對三種不同型式的換熱器傳熱性能進行比較。3、分析影響換熱器性能的因素。4、根據(jù)實驗結(jié)果，計算冷熱流體與管壁的表面?zhèn)鳠釋α鲹Q熱熱阻，管壁的導熱熱阻，比較在傳熱過程中各個熱阻所占的比例。三、實驗原理換熱器為冷熱流體進行熱量交換的設(shè)備。本次實驗所用到的均是間壁式換熱器，熱量通過固體壁面由熱流體傳遞給冷流體。實驗原理如圖1所示。6767832911011圖1換熱器綜合實驗臺原理圖1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.板式換熱器通過測量冷熱流體的流量，進出口溫度，可以由式計算換熱器的換熱量，由式（5）計算換熱器的溫差，因此可以計算出換熱器的傳熱系數(shù)換熱器的傳熱系另外結(jié)合換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，由式計算冷熱流體與管壁的表面?zhèn)鳠釋α鲹Q熱系數(shù)，進而比較三個環(huán)節(jié)的熱阻相對大小。熱流體放熱量

cm(tt) ( 1 )冷流體吸熱量

1 11 cm2 2

1 1(tt)2 2

( 2 )平均換熱量

1 22

( 3 )熱平衡誤差

12100%1t t

( 4 )換熱器溫差 t m

maxln t

min

( 5 )傳熱系數(shù) k Atm

min( 6 )

Nu0.023Re0.8Pr0.4 ( 7 )NuCRenPrm ( 8 )其中C、n、m值可以查課本。四、實驗所需儀器、設(shè)備、材料本實驗主要對應用較廣的三種換熱器進行實驗：套管式換熱器、板式換熱器和列管式換熱器。實驗裝置如圖2所示。采用冷水可用閥門換向進行順逆流實驗。換熱形式為熱水—冷水換熱式。實驗中所需的儀器設(shè)備如下：1、換熱器幾何尺寸

換熱面積0.22m2外管：外徑25mm，壁厚2mm銅管,中間管外徑12mm，壁厚1mm銅管，長80㎝，8組并列板式換熱器 換熱面積0.40m2

換熱面積0.51m22mm1mm84,2條(432、電加熱總功率9.0kW3、冷、熱水泵允許工作溫度：<80℃額定流量：3m3/h揚程：12m電機電壓：220V電機功率：370W4、轉(zhuǎn)子流量計型號型號：LZB-15流量：40~400l/h允許溫度范圍：0~120℃4 5 6 7 8 9 10332FI11F1213圖2實驗裝置簡圖1.2.熱水板式、套管、列管啟閉閥門組3.4.5.6.7.8.9.10.冷水12.13.冷水流量調(diào)節(jié)閥五、實驗預習要求、實驗條件、方法及步驟實驗預習要求：1、溫度計壓力表的讀數(shù)與精度2、系統(tǒng)充水量與水泵運行的注意事項3、實驗的數(shù)據(jù)預期與讀取4、各種形式換熱器的主要特征及優(yōu)缺點5、傳熱過程各個熱阻相對大小及影響因素實驗條件：熟悉實驗裝置及使用儀表的工作原理和性能；打開所要實驗的換熱器閥門，關(guān)閉其它閥門；按順流（或逆流）方式調(diào)整冷水換向閥門的開或關(guān)；實驗方法與步驟：接通電源，啟動熱水泵（為了提高熱水溫升速度，可先不啟動冷水泵），好合適的流量；調(diào)整溫控儀，使其能使加熱水溫控制在80℃以下的某一指定溫度；將加熱器開關(guān)分別打開（才能供電）；進出口溫度。待冷—熱流體的溫度基本穩(wěn)定后，既可測出相應測溫點的溫度數(shù)值，同時可以讀出轉(zhuǎn)子流量計冷—熱流體的流量讀數(shù)，把這些測試結(jié)果記錄到實驗數(shù)據(jù)記錄表中；如需要改變流動方向（順，逆流）求改變工況（如需要改變冷熱水流速或流量）進行試驗，或需要重復進行試驗時，都要重新安排實驗，并記錄下實驗測試數(shù)據(jù)；六、實驗數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)計算熱流體放熱量：Q1

mc1

p1

T2冷流體吸熱量：Qmc t2 2p2 2 1Q

QQ1 22

QQ1Q

2100%對數(shù)平均溫差：tm

t

maxt

minLn maxt傳熱系數(shù)：k QAtm

minmm1

熱、冷流體的質(zhì)量流量；c c 熱、冷流體的定壓比熱；p1 p2T，T1 2

熱流體的進、出口溫度；tt冷流體的進、出口溫度；1 2A換熱面積；t t 進出口溫度端差的最大值和最小值。max min注：冷熱流體的質(zhì)量流量mm1 2量。

是根據(jù)修正后的流量計體積流量折算成的質(zhì)量流繪制傳熱性能曲線，并進行比較以傳熱系數(shù)為縱坐標，冷水（冷水）流速（或質(zhì)量）為橫坐標繪制傳熱性能曲線；對順流和逆流換熱性能進行比較；對三種不同型式的換熱器性能進行比較。七、思考題1、冷熱水箱溫度不恒定對實驗結(jié)果有何影響？2、怎樣按測得的數(shù)據(jù)，計算流體與固體壁面間的對流換熱系數(shù)？3、實驗中為什么可以不考慮輻射換熱？4、變工況后馬上記錄測點數(shù)據(jù)對實驗有影響嗎，為什么？5、怎樣由傳熱性能曲線，比較三種換熱器的性能？6、根據(jù)實驗結(jié)果說明為什么工程上可以忽略換熱器中間壁的導熱熱阻？附：實驗數(shù)據(jù)記錄表換熱器名稱環(huán)境溫度℃熱流體冷流體順逆流 進口溫度出口溫度流量計數(shù)進口溫度出口溫度流量計數(shù)℃℃l/h℃℃l/h順流順流逆流銅－康銅熱電偶溫壹毫伏對黑表 （絕對亳伏）t。l23456189100.41O.O(0.45o.08490.12o.530.16o.570.加o.62o.2566o.299.100.330.740.37o.782030o.821,23'().861.27o.1.0.94l.350.991.391.031.44071.481.111.521.1s1.561.191,60(01.“1.681.721.761.801.84l.881.921．的2.03502.062.102.H2.182.222.262.302342勸2.4260乙從2-522,56Z.60Z.652.692.732.772.812.8570L的z.942.983.033.073.ll3,153.20&243.28803-303.373.413.從53-503.543.583.633.673.71903.763.803.843.893.933,9702仁'4.064·104.141004-194.23小284.32牛36??404.454.494.53,t.57110上64,.694.74,.18834,.93,l.975.025.07120s.l25,175.225.%75.3l5.365.41s.455.505.55130S.605.655.705.7'5.795.845.895.935.燉6,03HO6.086·136.186·22C276.326.376.416.(66.511506.566.616.656.106.756.806.856.906.946.991601701.04s17.087.61141.661.187.717.Z81,163381387.857.(27.907.4795528.oo180&O8.098·148·198．勾8.288,338,388.438.-47190&528.578.628.668.718.78,881&868,908.952009.009.079.109.169.21g.269.319.369.-i29.472109.529.579.629.689.739.789.839.899.939.9922010.0(10,0910.1410.1910.2510.303510.4110.4610.5023010.5610.6110.6610.7210.7710.82,08710.9310.9811.0324011.09ll·1411.20l1.2511,3011,36ll.41ll.46ll.5111,57250ll.62ll.67ll.7311.1811.83ll.8911,9411.9912.o12.1026012-1512.2112.2112.3212.3712.4312,4712.5412,5812,6527028012.1113.竹l2.773312.8213.381z.88?l乙9313.49l9913,5513.0513,611013.6613.167213.772901&848813.9414.000614.12l41714.23142914.3430014-(0銅－康銅熱電偶溫壹毫伏對黑表 （絕對亳伏）t。l23456189100.4