內(nèi)科大傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一平板穩(wěn)態(tài)法材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?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(cè)定方法。掌握使用熱電偶測(cè)量溫度的方法。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)不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是不同的。對(duì)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(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)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(jì)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(duì)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(shí)平板上下溫度（℃）實(shí)際上，無限大平板是無法實(shí)現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)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(shí)，兩側(cè)散熱對(duì)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(shí)兩端面的溫度差。實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)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(jī)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(gè)加熱器的電阻值及尺寸都相同，阻值約為100s（詳細(xì)請(qǐng)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(cè)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(jì)進(jìn)行熱電勢(shì)的測(cè)量，由此查閱熱電偶分度表得到對(duì)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(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)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(duì)電位差計(jì)（詳見電位差計(jì)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(shí)驗(yàn)過程中，電流不允許變化），約30分鐘后，每隔5分鐘測(cè)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(shí)導(dǎo)熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源開關(guān)，整理儀器設(shè)備。五.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)誤差的原因有那些,采取哪些措施能夠消除誤差?

實(shí)驗(yàn)二自由對(duì)流換熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庾杂蓪?duì)流換熱機(jī)原理，熟悉自由對(duì)流換熱過程，測(cè)定自由對(duì)流換熱系數(shù)。學(xué)會(huì)利用熱電偶測(cè)量溫度的正確方法。實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)牛頓定律，可求得自由對(duì)流情況下的換熱量：Q=α·A·(t1-tf)（W）式中：Q-------對(duì)流換熱量（W）α-------對(duì)流換熱系數(shù)（W/m2·℃）A-------自由對(duì)流換熱體有效換熱面積（m2）t1-------自由對(duì)流換熱體表面平均溫度（℃）tf-------環(huán)境溫度（℃）上式可以簡(jiǎn)化為；實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)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(duì)流換熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置，主要由自由對(duì)流換熱體、電加熱器、測(cè)溫?zé)犭娕?、轉(zhuǎn)換開關(guān)、數(shù)顯溫度計(jì)等組成，自由對(duì)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(cè)量?jī)x器箱：圖中：1.數(shù)顯溫度計(jì)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(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作，包括電源線、電熱偶信號(hào)線的連接等。接通電源，選擇實(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)流換熱達(dá)到穩(wěn)態(tài)，此時(shí)分別按下轉(zhuǎn)換開關(guān)，觀察對(duì)流換熱體上不同點(diǎn)的溫度變化情況，等待其穩(wěn)定不便時(shí)，可讀取溫度值。重新選擇自由對(duì)流換熱體，重復(fù)上述步驟2、3，直到四個(gè)不同形狀換熱體全部實(shí)驗(yàn)完畢為止。本實(shí)驗(yàn)為自由對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中應(yīng)該盡可能避免人員的走動(dòng)，以免造成空氣的流動(dòng)，給實(shí)驗(yàn)帶來較大的誤差。記錄環(huán)境溫度。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源開關(guān)，整理儀器設(shè)備。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理把實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理自由對(duì)流換熱量：自由對(duì)流換熱體有效換熱面積：自由對(duì)流換熱體表面平均溫度t1：自由對(duì)流換熱系數(shù)：?jiǎn)栴}討論造成實(shí)驗(yàn)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(duì)流換熱體，其自由對(duì)流換熱系數(shù)是否相同，為什么？

實(shí)驗(yàn)三綜合傳熱性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(cè)試及計(jì)算方法。二、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)熱管換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(jī)5—電加熱器6—工況選擇開關(guān)7—熱電偶8—測(cè)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(jì)接線柱12—風(fēng)速測(cè)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(shí)，通過翅片熱管進(jìn)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(duì)冷，熱段的進(jìn)出口進(jìn)行測(cè)量，并用熱球風(fēng)速儀對(duì)冷，熱段的出口風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，從而可以計(jì)算出換熱器的換熱量Q和傳熱系K。三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)驗(yàn)步驟1.連接電位差計(jì)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(cè)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(shí)電加熱器和風(fēng)機(jī)開始工作。4.用熱球風(fēng)速儀在冷、熱出段口的測(cè)孔中測(cè)量風(fēng)速。（為使測(cè)量工作在風(fēng)道溫度不超過400C的情況下進(jìn)行，必須在開機(jī)后立即測(cè)量）。風(fēng)速儀的使用方法，請(qǐng)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(cè)溫點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)量冷、熱段進(jìn)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(cè)量工況=2\*ROMANII的冷、熱段進(jìn)出口溫度。7.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，切斷所有電源。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表中工況序號(hào)風(fēng)速m/s冷、熱段進(jìn)出口熱電勢(shì)mVVLVrtL1tL2tr1tr2=1\*ROMANI123平均=2\*ROMANII123平均計(jì)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(jì)算方法同上將上面數(shù)據(jù)整理所求得的兩種工況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下表，并進(jìn)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(shí)驗(yàn)三中溫法向輻射時(shí)物體黑度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)加深對(duì)物體黑度及有關(guān)概念的認(rèn)識(shí)用比較法，定性測(cè)定中溫法向輻射時(shí)物體的黑度實(shí)驗(yàn)原理在由個(gè)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)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(duì)流方式換熱，因此：式中：——自由對(duì)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(shí)，=，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(duì)不同的待測(cè)物體（受體）a.b其黑度分別為：設(shè)=則：當(dāng)b物體為黑體時(shí)，有；=1，則6式可以寫成：三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主要儀器設(shè)備有中溫發(fā)向輻射時(shí)物體黑度的測(cè)定裝置，電位差計(jì)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(cè)溫琴鍵開關(guān)8、測(cè)溫接線柱（接電位差計(jì)）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(hào)燈14、導(dǎo)軌15、電位差計(jì)四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將熱源體溫表和受體制改革對(duì)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(cè)溫信號(hào)線3、按電位差的計(jì)的使用方法進(jìn)行調(diào)零，校準(zhǔn)，并選好靈敏度和量程4、接通電源，此時(shí)信號(hào)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(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。當(dāng)受體為黑體時(shí)，每隔10分鐘逐次按下琴鍵開磁7上的紐，對(duì)熱源1，傳導(dǎo)體2，和待測(cè)物體（受體）3的熱電源勢(shì)進(jìn)行巡回測(cè)量，并將各讀數(shù)記錄下來，同時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度。6、當(dāng)受體為被測(cè)物體時(shí)，重復(fù)步驟5。7、步驟5和6中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到各點(diǎn)的溫度前后差值小于3。C時(shí)即可，認(rèn)為整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以結(jié)束實(shí)驗(yàn)。8、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉所有電源，整理儀器、設(shè)備。五.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄