多层圆筒壁导热.doc

实验一 多层圆筒壁导热1、 实验目的1通过测量多层圆筒壁各层的温度分布，进一步理解材料的热导率对传热过程的影响；2观察圆筒壁传导与自然对流的传热过程，分析热流密度和热阻之间的关系；3熟悉热电偶测温与显示仪表的使用方法，进而掌握热电偶测温技术。二、实验原理图1 多层壁导热物理模型由简单的单层圆筒壁导热微分方程式（1）与相应的边界条件 （1） r=r1，t=t1 ； r=r2，t=t2 其中单层壁的内壁半径为r1，温度为t1；外壁半径为r2，温度为t2，其温度分布为 （2）对式（2）求导数并代入傅里叶定律得 （3）则圆筒壁面的热流量为 （4）根据热阻的定义，通过整个圆筒壁的导热热阻为 （5）应用串联热阻叠加原则，设不同材料构成的各层壁间接触良好，平均热导率分别为av1、av2avn，n为圆筒壁层数，则通过如图1所示的3层圆筒壁的导热热流量为 （6）层壁间的温度可以通过热电偶测量获得，也可以在得知内外壁温的条件下利用理论公式计算获得，针对n层圆筒壁便有 （7）三、实验装置及测量仪表 多层圆筒壁的实验装置为自制设备，主要由营口大学园装备制造学院的热能2009级张畅、车建平、宋健同学在毕业设计期间在老师指导下完成的实际课题，热能2009级董立伟积极参与了课题设计。1、实验内容用热电偶测出各层导热壁面的温度和炉膛中心的温度，t1，t2，t3，t4，t5，t6绘制沿壁面方向的温度分布曲线，最终加以分析解释曲线的规律；2、实验装置三个多层壁装置，镍铬、镍硅的热电偶丝，6个XMT-101温度数显仪，插销及导线若干、两个水泥管、保温棉（硅酸铝陶瓷纤维纸），2 kW的电炉一个。注明：本实验三个多层壁装置分别是1号多层壁（内部的水泥管是用高铝水泥和细沙以1:1的比例均匀混合而成），2号多层壁（内部的水泥管是用高铝水泥，细沙和粘土以2:2:1的比例均匀混合而成，其他与1号没有区别），3号多层壁（内部的水泥管的成分与1号相同，但是与1号和2号都不同的是不加保温棉）。四.实验的注意事项； 1、本实验全程为带电操作，注意安全； 2、热电偶测量过程中不要交叉； 3、数显温度仪在工作时，裸露在外面的铁，均带电，不要因为一时好奇， 触摸它； 4、测温时，可能会存在跳跃，所以读数时要尽量读取跳跃中间的读数。 5. 注意将各个热电偶的各个测温点分别埋设在各层材料事先打好的眼中。 6. 一次仪表和二次仪表的连接，二次仪表的连接要严格按照说明书来连接，注意正负极不能接反了。五实验数据处理与分析 1、将实验结果填入下表中，并且每个测点的平均值；炉膛中心炉膛内壁水泥管内壁保温棉内壁铁圈内壁铁圈外壁123平均值 2、在坐标纸上绘出沿圆管壁厚厚度方向r与温度t的关系曲线； 3、求出单位管长的热流量的计算公式，并用计算出单位管长的热流量和热流密 度；4.分析结果。1号多层壁水泥管表面的对流换热系数： 水泥管对流换热面积：A= 烟囱管的热导率： 水泥管的热导率：圆形导热体的直径d1=116mm，圆形导热体的厚底1=22mm，水泥管的厚度2=20mm，保温棉的厚度3=17mm，铁皮的厚度4=0.5mm。圆形导热体的高度l=204mm=0.204m。因此各层圆筒壁的半径如下：圆形导热体的内径r1=58mm=0.058m水泥管的内径r2=80mm=0.08m保温棉的内径r3=100mm=0.1m铁皮圈的内径r4=117mm=0.117m铁皮圈的外径