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传热学实验指导书 传热学实验指导书传热学课程实验指导书袁守利编汽车工程学院XX年10月前言1.实验总体目标、任务与要求培养本科生对涉及到热传播现象的工程问题进行实验研究的兴趣，并能对实验技术、数据采集系统、基本数据处理方法有所了解。 学习实验研究和实验数据的理论基础及其应用于传热实验的基本技能；初步掌握测温、测热、测流量的基本方法。 2.适用专业热能与动力工程3.先修课程传热学相关章节。 4.实验项目与学时分配端5.实验改革与特色查根据实验内容和现有故实验条件，在实验过程蒋中，采取学生自己动手顽和教师演示相结合的方四法，力求达到较好的实钧验效果。 实验一稳态球佣体法测粒状材料的导热淤系数球体法测材料厌的导热系数是基于等厚陡度球状壁的一维稳态导湖热过程，它特别适用于阀粒状松散材料。 球体导觅热仪的构造依球体冷却谤的不同可分为空气自由刁流动冷却和恒温液体强信制冷却两种。 本实验属沤后一种恒温水冷却液套捅球体方式。 一、实验原团理图1所示球壁的项内径直径分别为d1和馁d2。 设球壁的内外表抢面温度分别维持为t1措和t2，并稳定不变。 磷将傅里叶导热定律应用咱于此球壁的导热过程，逊得dt Q?F dr匠2dt?4?r呐W dr边界条件为r=泵r1t=t1r=r2徒t=t2图1原理图闻由于在不太大的温度轮范围内，大多数工程材花料的导热系数随温度的轴变化可按直线关系处理雁，对式积分并代入边界语条件，得?dd?Q?腾12mW?Q?或?m炸?W/m?d1d咋2式中球壁狱之间材料厚度，=/沮2，m；m垃tm=/2时球壁之间认材料的导热系数。 较因此，实验时应测出内晨外球壁的温度t1和t盒2，然后可由式得出t山m时材料的导热系数唉m。 测定不同tm黑下的m值，就可获得净导热系数随温度变化的乙关系式。 二、实验设备贼导热仪本体结构及宝量测系统示意图如图2品所示。 图2体结构及量殆测系统示意图本体钳由两个厚12mm的哑紫铜球壳1和2组成，鲸内球壳外径d1，外球于壳内径d2，在两球壳弛之间均匀充填粒状散料概。 一般d2为150既200mm，d1为7欣0100mm，故充颖填材料厚为50mm左茧右，内壳中装有电加热跃器，它产生的热量将通展过球壁充填材料导至外乐球壳。 为使内外球壳同嘛心，两球壳之间有支承赢杆。 外球壳的散热搓方式一般有两种一种逼是以空气自由流动方式喧将热量从外壳带走；另京一种是外壳加装冷却液勿套球，套球中通以恒温喧水或其他低温液体作为颤冷却介质。 本实验为双视水套球结构。 为使恒温伸液套球的恒温效果不受覆外界环境温度的影响，逞在恒温液套球之外再加匀装一个保温液套球。 保培温液套与稳态平板法一闺样，利用球体导热仪的硒设备亦可测量材料的导漱温系数。 三、实验方法啸及数据1球永壁腔内的试验材料应均根匀地充满整个空腔。 充已填前注意测量球壳的直摄径，充填后应记录试料吮的质量，以便准确记录俘试料的容积质量kg叙/m3。 装填试料还许应避免碰断内球壳的热蓑电偶及电源线，并特别垂注意保持内外球壳同心妈。 2改变电加热奄器的电压，即改变导热厅量，tm将随之发生变信化，从而可获得不同t豫m下的导热系数。 馁对于有恒温液套冷却的手导热仪，还可通过改变跌恒温液温度来改变实验宰工况。 实验应在充分热厕稳定的条件下记录各项氰数据。 3由式计修算导热系数。 将测量结纽果标绘在以为纵坐标替、f为横坐标的图上。 熏按=o，确定殷o及b值，进一步计槛算实验点与代表线之间忧的偏差及实验中的各项趾误差。 四、思考问题珍1试分析材料充填赦不均匀所产生的影响？料2试分析内、外球壳仑不同心所产生的影响？恳3内、外球壳之占间有支承杆，试分析这屑些支承杆的影响？狱4如果用空气自由流稼动冷却的球体试分析室驮内空气不平静时会产生邮什么影响。 5采段用什么方法来判断，检滴验球体导热过程已达到灵热稳定状态。 6阐采用恒温液套球时，为跑什么可以把恒温液的温哦度当作外球壳的表面温酵度？7球体导热仪在煮计算导热量时，是否需池要考虑热损的问题？宣8对于以空气自由夫流动冷却的球体，试按撒测得的数据，计算圆球氓表面自由对流换热系数式。 9球体导热仪挨从加热开始，到热稳定侈状态所需时间取决于哪啡些因素？实验一用锋球体法测定粒状材料的蠢导热系数 一、实验目的缨 1、巩固和深化稳库态导热的基本理论，学聘习测定粒状材料的热导艳率的方法。 2、确定热晓导率和温度之间的函数崭关系。 二、实验原理羹热导率是表征材料导雕热能力的物理量，其单率位为W/，对于不同的巍材料，热导率是不同的盲。 对于同一种材料，热邮导率还取决于它的化学跺纯度，物理状态和结构敦情况。 各种材料的热导箍率都是专门实验测定出暂来的，然后汇成图表，殷工程计算时，可以直接捕从图表中查取。 球疵体法就是应用沿球半径漂方向一维稳态导热的基寄本原理测定粒状和纤维案状材料导热系数的实验恒方法。 设有一空心漠球体，若内外表面的温结度各为t1和t2并维本持不变，根据傅立叶导阂热定律?A边楔界条件dtdt?4氨?r2?drdr r?尽r1时t?t1r?r腥2时t?t 21、若诱=常数，则由式求得4袜?r1r22?d半1d2?Wr要2?r1d2?d1?牛?W/2?d1帕d2dt dr 2、若鸽常数，式变为?鼓4?r2?由式，得r咀2t2dr?鲸?dt2r14?rt鉴1将上式右侧分子分母匀同乘以，得t2r2?捕?drt1?2t2靳?t1r14?r?脸dt t2?dt式中直t2t1t2?t1粮项显然就是在t1傅和t2范围内的积分平梧均值，用?m表示即?送?dt?m?t1琅，工程计算中，材料的警热导率对温度的依变关祈系一般按线性关系处理缺，即t2?t1?击0。 因此，t2?d州t?t1m?t?1炬?b02。 这时，赵式变为2?t1?r样2drm?W/蝇1?t2)?2r1灶4?r2?d1d2式隧中，?1m为实验材料药在平均温度tm?2勒下的热导率，?为稳锈态时球体壁面的导热量泞，t 1、t2分别为内掷外球壁的温度，d 1、真d2分别为球壁的内外蜘直径。 实验时，应哀测出t 1、t2和?，车并测出d 1、d2，然哈后由或得出?m。 如果贼需要求得和t之间的搂变化关系，则必须测定庙不同tm下的?m值，镣由?m1?0?m录2?0可求的?0秩、b值，得出和t之确间的关系式?0。 颅 三、实验设备导热仪本骂体结构和测量系统如图阵1-1所示。 7）赏。 内壳中装有电加热器侣，它产生的热量将通过南粒状材料导至外壳，为职使内外球壳同心，两球斥之间有支撑杆。 由咱试料导出的热量从外壳涵表面以自然对流的方式搏由空气带走，球外商部样和下部的空气流动情况蔽不同，外球表面温度分瞒布不均匀，因此在内外急球壳的表面上各埋置3芝6个对热电偶，用来躁测量内外球壳的温度，广并取其平均值作为球壁魔的表面温度。 球内馏试料应力求松紧均匀，绎填满空间，室温应尽量役保持不变，避免日光直揽射球壳，应防止人员走涨动、风等对球壳表面空砧气自由流动的干扰，以贸便使外球壳的自然对流运放热状态稳定，这样才火能在试料内建立一维稳忘态温度场。 四、实验步翟骤 1、将试料烘干验，并根据给定的被测材甩料的容量，算出仪器内峨所需装填的试料重量，皱然后均匀的装入球内；屿 2、将所有仪器仪吹表按图1-1接好，并瓷经指导教师检查；魄 3、接通电源，用调压姥变压器将电压调到一定豹的数值并保持不变，观以察各项测量数据的变化熔情况； 4、当各项右数据基本不随时间变化依时，说明系统已达稳定谐状态，开始测量并记录斩，每隔5分钟测一次，焰并测3次； 5、整挖理数据，选取一组数据本，代入计算式，计算值羊?m； 6、改变电旗加热器的电压，即改变人热流，使它维持在另一洗数值上，当达到新的稳侈态后，重复步骤4和5哥，得到新的?m值。 阐利用两种情况下的?詹m值，由式求得? 0、郁b值，得出和t之间享的关系式?0。 五利、实验报告要求 1、画茹出实验装置系统简图；待 2、实验过程中所需测量的原始数据记录3摈、实验表格和计算结果肝 4、实验结果的误差分镶析和讨论 六、思考题阎 1、试料填充的不均努匀所产生的影响是什么遁？ 2、内外球壳不同心喜所产生的影响是什么？获 3、室内空气不平静会窝产生什么影响？4康、怎样判断、检验球体眨导热过程已达到稳态？地 5、怎样按测得的谅数据，计算圆球表面自岩然对流换热系数？ 6、敌球体导热仪从开始加热坟到热稳态所需时间取决靳于哪些因素？试验二假空气外掠单管管外放嗡热系数的测定 一、实验砸目的 1、了解对流放热脂的实验研究方法。 扬 2、测定空气横向流过掉单管表面时的平均放热渝系数h，并将试验数据折成准则方程式，加溶深对相似理论的理解。 真、学习测量风速、温编度和热量的基本技能。 支 二、实验原理根据剿相似理论，流体受迫外垮掠物体时的放热系数h蛰与流速、物体几何形状毗及尺寸、流体物性间的懈关系可用下列准则方程讳式描述Nu?f晓实验研究表明，流体横移掠单管表面时，一般可巢将上式成下列具体鼠的指数形式Nu?CR矗enPrm式中c、席n、m均为常数，由实喂验确定，Nu?hd?央,Re?ud?,Pr咏?a上述各准则中d砸为实验管外径，作定性靴尺寸mu为流猜体流过实验管外最窄面飘处流速m/s为策流体的热导率W/爷2a为流体的导温系数为m/s2为流体蓬运动黏度m/s定盲性温度用流体边界层的止平均温度tm?1，鉴劝于实验中流体为空气，燕2Pr?，故准则式可确化为Nu?CRen梁本实验的任务在于确助定C与n的数值，首先野使空气流速一定，然后医测定有关数据电流I眺、电压V、管壁温度t顶w、空气温度f、微压些计动压头h。 至于a、胁在实验中无法直接测庶得，可通过计算求得，渺而物性参数可在有关资闺料中查得。 得到一组数咏据后，可得一组Re、缚Nu值，改变空气流速回，又得到一组数据，再灭得到一组Re、Nu值哈，改变几次空气流速，臂就可得到一系列的实验须数据。 三、实验设备图鲸2-1实验风洞简图使1.双扭曲线进网口靡2.蜂窝器3.整流金砚属网4.第一测试段5八.实验段6.第二测试院段7.收缩段8.测速戈段9.橡皮连接管10渤.风机11.皮托管署本对流实验在一实验成风洞中进行。 实验风洞特主要由风洞本体、风机鸭、构架、实验管及其加野热器、水银温度计、倾烫斜式微压计、比托管、洗电位差计、电流表、电介压表以及调压变压器组雨成。 风洞本体如图2-幼1所示传热学实秧验指导书朱永甫编闽南痔理工学院土木与建筑工振程系XX年11月前言找 一、实验的内容锌传热学建筑环境与设螺备专业的专业基础课之锁一。 它研究在三种基本彬传热方式“导热”、“韩对流”、“辐射”下如镁何计算传热量及温度场柜的问题。 开设传热学实炉验的目的，一是让学生雹增强学习课本知识之外纲的感性认识，以加深对晦传热学的基本概念和传谚热现象的物理机理的理觉解；二是通过有目的地拟组织实验，让学生掌握竖如何控制温度场的分布谩、热量的传递方向以及厉如何增强或削弱传热，酗以训练他们用所学的知堪识解决实际问题的能力勉；三是让他们通过从事锌实验活动，认识到实验关不仅仅是为检验理论服焕务的，它还是获取知识绎的独立手段。 本课呸程安排2个实验，各两户学时1用球体法测量泊导热系数实验；2空气排横掠单管强迫对流换热输系数测定实验。 学生必瘴须掌握热源、稳态的概饵念及计热的方法；熟悉恿温度测量的方法及操作阀规程。 掌握设计实验的府思路，现场分析产生误经差的物理原因及降低误雪差的手段。 实验结束后牢要总结结果，写出严实验报告。 报告末尾必翱须有学生新建议和新想烽法的内容，以反映学生猫主动参与的态度和教师拴及时归纳年轻人的新思优想的工作作风。 实验内慰容具体包括以下三个方捡面 1、用球体法测量曝导热系数?在稳本定状态下，利用圆球法古测定粒状材料的导热系缩数。 掌握实验基本原理补、实验装置结构，学会舞使用实验仪器与设备。 潜 2、空气横掠单管强迫明对流换热系数测定?漾?测算空气横掠单痘管时的平均换热系数h咋。 nNu?C?Re?姬Pr3测算空气横掠单躯管时的实验准则方程。 赛学习对流换热系数测定箔的实验方法。 3、验证蒲理论传热学是常将搁实际问题抽象为理想模跨型，再由科学假设推导姓出一般性结论和公式的驭一门综合学科。 但是这竭些假设和结论是否正确历，理论公式能否应用于膝实际之中，必须通过实哪验来验证。 二、实验要哀求通过实验，使学啮生学会测试方法，实验唇设备和仪器的使用，实惺验数据的测取与处理，裂验证状态参数之间的关烧系机理，并把理论与实掌验结果进行对比，根据再理论判断实验得到的规赢律是否正确。 实验揪过程中，要求学生自己川动手操作，记录好数据辈，注意观察实验中的一露些现象，对引起误差的部因素进行分析，注意培诧养学生严谨的科学态度用。 传热学实验教学坡属于专业基础课实验教话学，是与传热学课患程相互补充的实践教学吱环节。 传热学实验骤教学是培养学生综合运夏用所学知识去分析解决窘实际问题的一个重要教雁学过程，它与课堂教学认相辅相成，是课堂教学酷的继续、深化和检验，尔同时也是学生所受到的孤工程师综合训练的一个闽重要组成部分。 通过本庚实验教学，为学生解决尺工程实际问题和培养研咋究开发能力奠定良好的内基础。 通过传热学实验半训练，达到如下目的南 1、掌握本实验课谩的安全规则，遵守实验盯室纪律； 2、认真局完成实验、独立完成实了验数据的处理、回答指卡导教师提出的相关问题压、认真写出实验报告；喧 3、了解实验装置范的结构、掌握基本工作循原理、并能独立的具体铸布置实验装置；4痢、对实验结果进行分析壹、并能学会从实验的各炳个环节分析和研究引起惜实验测试数据过大或失姓真的各种影响因素，找蜗到改进实验的方法，并栽提出个人见解。 具体要浚求如下?实验前的准殉备工作实验课前，厄每位学生都必须进行充闸分的预习和实验准备，代明确本次实验目的、原张理和实验步骤，了解所嗜使用的试验机、仪器等概的基本构造原理，熟悉荔实验规则和仪器设备的茹操作规程，拟定好加载夜方案，并应写出预习报杭告。 实验小组成员应明庙确分工，以便在实验中旦分别进行受力、变形等艺参数的记录。 ?进行实勒验实验过程中应精纹心操作，细心观察，测莉量和记录各种实验现象剿和数据。 若出现异常现港象应及时报告实验指导嚏老师，并作好原始记录家。 ?撰写实验报告舌在实验结束时要及时编檄写实验报告。 实验报告议包括实验名称、实验拱日期、实验者及同级组键人员、实验目的及装置疗、使用的仪器设备、实援验原理及方法、实验数珐据及其处理、计算和实愚验结果分析。 实验一用卸球体法测量导热系数实阮验 一、实验目的1坝学习用球体法测定粒向状材料导热系数的方法熄。 2了解温度测量过赫程及温度传感元件。 二捍、实验原理1.导热的震定义；导热是指物摹体内的不同部位因温差挛而发生的传热，或不同蛀温度的两物体因直接接堵触而发生的传热。 2.船温度场非稳态t=f稳前态t=f一维稳态t=琵f上式中x,y,z为昭空间坐标，为时间3耽温度梯度等温面法向温升度增量tn的极限比值阑的极限。 即grad入t?4傅里叶定律热流癸密度Q=-?t褪?nnlim?t?0倘?t?n?n?t?n茬。 =-?dt dxQ=柠w m5导热系数?=讹-q dtdx?;为导湛热系数，w/6.影响很?的因素1），温悲度、密度、湿度及材料恢的种类的等因素。 慨2)，与温度呈线性关忠系?m?0?1?b袭t?7.球体法适肄用于测定颗粒状材料的鸥导热系数。 如图1娥所示。 热导率是表征材歼料导热能力的物理量，絮其单位为W/，对于不剖同的材料，热导率是不训同的。 对于同一种材料耪，热导率还取决于它的共化学纯度，物理状态和割结构情况。 各种材料的旋热导率都是专门实验测巩定出来的，然后汇成图珍表，工程计算时，可以隅直接从图表中查取。 桶球体法就是应用沿球债半径方向一维稳态导热假的基本原理测定粒状和庇纤维状材料导热系数的柱实验方法。 设有一奖空心球体，若内外表面贱的温度各为t1和t2履并维持不变，根据傅立盆叶导热定律?煎Adt dr?4?r汉?2dt dr边界条件虚r?r1时t?t1r坑?r2时t?t 21、控若=常数，则由式求照得?4?r1r2艳r2?r1?2?慨d1d2?2?d1痕d2d2?d1W墩?W/ 2、若眩常数，式变为?檀4?r?2dt dr由琶式，得r2?r1d畜r4?r2t2?症?dtt1将上式落右侧分子分母同乘以，胁得图1球壳导热过程传个热学实验指导书环境与抛能源工程学院实验中心衔热电偶的制作与标定一声、实验目的 1、掌笛握镍铬康铜热电偶制橇作方法； 2、掌握热电溅偶的标定方法。 二、实惊验设备及原理 1、乍焊接设备热电偶点焊甘机； 2、标定设备热栖电偶校验仪； 3、巧其他设备墨镜、钳子锯、剪刀、细砂纸、米尺戎等； 4、热电偶丝?岿、?热电偶用康铜线、余镍铬丝线。 热电偶菇是工业上最常用的一种吮测温元件，它是由两种疟不同的导体丝A和B，仍焊接组成一个闭合回路烯而构成的。 其测温原理血是基于1821年塞贝冶克发现的热电现象，当耳两种不同的导体A和B懒连接在一起构成一个闭介合回路，此时如果两个末接点的温度不同时，那氧么在回路中就会产生热拿电动势，如图1所示。 招也就是说，热电偶是通迭过测量热电动势来实现章测温的。 图1电热偶原帜理图A、B称为热夯偶丝，也称热电极。 当送两接点处于不同温度时檬回路中就会产生热电势柱，放置在被测温度为t坟的介质中的接头，称为淤测量端；另一接头t0纯成为参考端。 常用的贱溯金属热电偶材料有铜水-康铜镍铬-康铜镍铬直-镍硅或镍铝本实搭验采用镍铬-康铜热电芥偶。 使用时应根据测温颐范围和工作条件选择偶爬丝材料和线径。 热电偶药长度应根据工作端在介兴质中的插入深度来决定腾，通常为35020邮00毫米。 三、实验步永骤热电偶的制作热芜电偶测量端的焊接方法润采用电弧焊，该方法是襄利用高温电弧将热电偶四测量端熔化成球状。 常庸用的有交流电弧焊和直批流电弧焊两种。 交流电唯弧焊的装置如图2所示娟，这种专职一般用来焊魔接贱金属热电偶。 1图草2交流电弧焊装置制作超步骤如下 1、焊阮接前仔细去掉热偶丝靠聂近待焊端部的绝缘层，愚然后将这两根被焊的热恫电极绞成如图3的麻花诛状或两顶端并齐。 图3攒热电极处理 2、调不节变压器使输出电压为宋24-30伏的交流电执源作为焊接电源。 市 3、戴上墨镜和手套，抠用金属夹子夹住待焊端啼作为一个电极，用炭棒陇作为另一个电极，当炭痉棒与被焊热电偶丝顶端畜接近时，产生的瞬间电蹬弧将两根热偶顶部熔接驭在一起而形成一个小圆沸球，用砂纸将小圆球表腰面打磨光滑。 注意墙制作合格的热电偶标哼准是，焊接牢固，具有蔗金属光泽结点表面圆滑赫，无玷污变质和裂纹，砧焊点直径约为偶丝直径逐的两倍，电极不允许有侥折损、扭曲现象。 热电株偶的标定本实验标忙定方法采用比较法标定授，装置控制面板如图示尤。 标定步骤如下欲 1、将标准热电偶接在幽面板的标准接线柱上，东待测热电偶接在待测接保线柱上。 2、检查凶仪表箱前面板上各开关晤的初始状态。 把电源开垂关扳向下方断电状态，园恒温调节器旋钮至左方雌，温度调节仪表上的检阉控温度设在150。 棋 3、调节恒温右旋弹钮，管炉供电，并在指枝示仪表上指出。 该旋钮靡的调压范围为022碍0V。 注意对炉体的犀预热升温和初始升温应网不超过40V，以利用狠炉体的使用寿命。 可根违据实验