有关传热学实验

第三章 传热学的基本实验第一节 用平板法测定保温材料的导热系数一、实验目的用平板法测定保温材料的导热系数；确定导热系数随温度变化的关系。二、实验原理平板法测定保温材料的导热系数是以一维稳态导热原理为基础，这时通过平板的热流量为QF(tt h c于是 QF(tt于是h cδ；试材的面积；通过该面积的热流量Qtt。于是试材的导热系数可由式求出。h c三、实验装置3-1-1所示，加热器12被冷却水带走，当加热器上1上下各一半，即通过任一侧试材的热流量1QIU2 t 1(t

t),t1(tt),1(

),h 2 2

3 c 21 4

2 1 2。δ、δ 为上下两块试材的厚度，要求两块1 2图3-1-1 平板导热装置

试材的材质一样，且12。在加热器水平方向填有保温性能较好的材料4，当试材厚度方向尺寸比宽度方向尺寸小很多时，可以忽略1—电加热器2—试材；3—冷却水套；4—保温层；水平方向的热损失。因此可以近似地认为该导5—热电偶多点转换开关；6—冰点；7—电位差计 热是一维的。四、实验步骤将试材烘干。记录试材尺寸，当试材的厚度为20~30mm时，两块试材平均厚度之差应小于1mm,的两表面上。tttt，以后每隔10分钟测数据一次，直至系统达到热稳定状态为止。

1 2 3 4改变电加热器的电流、电压，待系统达到热稳定后再次记录所需数据。实验数据经教师审阅后，整理现场方可离开。五、实验结果整理对于大多数保温材料其导热系数随温度的变化有以下线性关系：λ=λ（1+bt）0

（3-1-2）λ =λ（1+bt）

（3-1-3）m 0 m式中，b——比例常数；t ——试材的平均温度值，m图3-1-2 导热系数随温度变化关系图 tm

1(t2

t)c。测出不同tm

值下的导热系数λ

λtm

=f（t）m m3-1-2所示。当

=0m

，比例常数b为：0(b

)/t0m0o

tg0b1/℃，tgα3-2-1

及b的数值代入式3-1-，即得0所测试验材料导热系数随温度变化的关系式。也可用线性回归法求出该关系式。六、实验报告要求实验的目的及装置系统图。记录所用仪表的规格、型号、名称。λ七、讨论题怎样判定热流是否稳定？第二节 球体法测定保温材料的导热系数一、实验目的测定颗粒材料的导热系数。二、实验原理由同心等温热球面（直径，温度）和冷球面（直径，温度）围成的空间装满“均匀”试材，球的中心部位装有电热器，全中热量均通过两球中间颗粒材料夹层而传至外界，利用球壁稳态导热公式可得颗粒材料的导热系数λ为： Q(d2d1)2dd(tt)121 212（3-2-1）图3-2-1 球壁导热装

式中，Q——热流量，W；λ——试材的导热系数，W/（m℃）d——内球的外径（热1球面，m；d——外球壳的内111—内球；2—外球；3—实验材料；4—直流稳压电源；5—测温热径（冷球面），mm；t——热球1电偶 面温度，℃；t——冷球面温度，℃。2内外球壁温度t1

Q、λ与t，把以上数据代入导热系数计算式中即可求出 的数值。如λ2果试材是颗粒状的，或纤维状的，则所得到的是整体导热系数或当量导热系数。三、实验装置图球壁导数装置如图3-2-1所示。四、实验步骤将实验材料烘干，在称其重量后将试材安装入实验装置内。按图接线，经检查无误后，接通电源加热，加热一段时间后测量t，直至全系统1 2达到热稳定状态为止。记录实验数据。五、实验结果整理将所测数据代入式3-2-λ。第三节 空气沿横管外表面自然对流时的换热一、实验目的测定空气沿水平圆管外表面自然对流时的换热系数。用计算器整理准则方程即确定Nu=GPnn”的值。二、实验原理流体冷热各部分由于密度不同所引起的运动叫做自然对流有：T

4 T

4Q(twtf)oFw 100 100 （3-3-1）αW（·℃；F——横管外表面积，m2；t、Tw

——横管的外表面温度，m2；wt、T——周围介质的温度，K；f fε0.1；o——黑体的辐射系数5.67W/(m2·K)。0α的关系式可；用下面准则关系式来表示：（3-3-2）Nuad式中， 图3-3-1 自然对换热装置Δt=t-t，℃

Grgtd3u2λυ——空气的运动粘度，Pr——空气的普朗特数；g=9.81m/s2——重力加速度；wfd——水平圆管的外直径；β——流体的体积膨胀系数1℃=1/T。定性温度t=（t+t）/2。m wf通过实验测得不同Δt及d时的α可得到一组对应的（Gr·Pr）与Nu值，再用对数回归法求出式3-3-。三、实验装置图自然对流换热装置图如图3-3-1所示。四、实验步骤按图接线，经老师检查后，方可合上电源加热。10tw

一次，直到进入热稳定状态后方可正式测量数据。tQ。f检查原始数据是否完全，经教师审阅后再拆去电源，清理现场。五、实验结果的整理电加热器功率Q按下式计算：Q=IU壁温可按算术平均温度计算，即

t tw1tw2 twRw R按式（3-3-，算出此时的放热系数α。由空气温度tf

和管壁温度tw

确定定性温度t=(t+t)/2，根据

查出各物性参数，并可算出各个准则。将各不同管径上的实验数据作成m wf m曲线图，并整理了准则关系式，或用回归法整理出准则关系式。六、实验报告实验目的，实验装置及线路图。所用仪表的规格型号及精度。实验过程的原始数据。计算举例及计算表格。实验结果的讨论。七、讨论题本实验中要测量哪些量？如何整理实验结果？如何分析实验结果误差？第四节 测定空气横掠圆管时的受迫对流换热系数一、实验目的测定空气横掠圆管时的受迫对流换热系数。对流换热准则方程式。二、实验原理3-4-1

Qc (twtf)F （3-4-1）对流换热系数α的定义式为式中，t——管壁平均温度，℃；wt——流过圆管空气的温度，℃；fQ。c1风箱；2—风机；3—有机玻璃风道试验段；4不锈对流换热系数α钢管；5—硅整流电源；6—风机入口；7—毕托管；8微压计；913尺寸（直径）—试验管内热电偶；14—测量空气温度的热电偶 系可写成准则关系式Nu=f（Re·Pr）对于空气，当温度变化不大时，Pr可看成常数，上式可写成NuCRne式中， Nu——努谢尔特数，Nu=ad/λRe——雷诺数，Re=ud/υPr——普朗特数，Pr=υ/αd为管外径u为流体在实验管中最窄截面处的速度m/λ为流体的导热系数W/·℃υ为流体的运动粘度2/λαυ可以用边界t=(t+t)/2作为定性温度查到。通过对实验数据的整理，可求出式中m wf的待定常数C。三、实验装置空气横掠圆和受迫对流换热装置如图3-4-1所示。四、实验步骤选择好某一直径的实验管，将其装入实验系统中。3-4-1接线。5，准备加热实验试件。6，给定风速，待稳定后毕托管78Δ。通过转换开关，测出稳态状况下，加热管分压箱上电压降和标准电阻上的电势E。1通过转换开关，测出稳定状况下，试验管内的热电偶电势和空气中热电偶电势。旋转风口，再次调整风速，重复、、61010数据。改换不同直径的试件，重复以上步骤。检查原始数据是否完全，经教师审阅后清理现场。五、实验数据的整理加热功率的计算U=B×Eυ

×10-3式中， B——分压箱倍率E——经分压箱测得的电压降，mV；加热和加热的电测为υI=2×EI标准电阻为150A75m，所以测得标准电阻上每1mV电压降相当于2A电流流过。E为标准电阻上所读的毫伏数。r加热功率为Q=IU根据管内热电偶测得的管内壁温度t，换算出管外壁温度' Q

2r2 rt t 11 ln2w w L

r2r2 r 2 1 1式中， r、r——管子的内外半径1 2λ——管子导热系数（取14W·℃）Q——工作段加热功率，W；L——工作段有效长度，m。ρ、λ、υ等数值。2g2ghu再计算出流道中最窄面处的空气速度u0.08uu0.08d雷诺数的计算Reudv换热系数的计算这里要说明，由于空气是透明的，所测所的热流量除通过对流换热传给空气以外，还有部分是辐射散发的热流量。这里可以近似应用大空间中小的凸形物体的辐射散热计算公式。T

4 T 4Q

wfF r o100 100 式中， ε——管子表面的发射率（黑度；ζ——黑体辐射系数，取5.67W（2·4；ζ0T、T——管表面和周围物体的绝对温度，K；w fQ——辐射散发的热流量，W。 T 4 T 4 QIUQ

Qr

t )

Fw fcT 4

w T 4

o 100 100IU

w

f

F o F(t t)w f努谢尔特数的计算Nuad数据整理将测试的结果制成表格（见表3-4-，3-4-。努谢尔特准则方程的得出作图法 根据以上数据，取lnNu，lnRe在坐标纸上描点，通过这些点作出最合理直线，求出此直线的斜率tgα。根据n=tgα和截α=lnC，可求得C和n。回归法 根据第一章所介绍的方法，回归计算，利用本实验所得到的Re和Tu的据，可求得式（3-4-2）中的C和n，这里的C和n相当于式（1-2-1）中的α和n。第五节 换热器实验一、实验目的Δt。mε。。K与流速的关系。二、实验原理换热器计算涉及两个基本公式：传热公式和热平衡公式。传热公式 QKFt2) （3-5-1）Qp(t't")mc (t"t')热平衡公式

11 1 2p22 2

(3-5-2)m表示流体的质量流量kg/；c表示流体的定压p图3-5-1 换热器顺、逆流时的温度分布比热容J/(kg·，F表示换热器的计算传热的计算传热面积2Δtmt tmaxtminm lntmaxΔtmax

与Δ

min

tmin (3-5-3)如图3-5-1所示。同时也能推导出换热器在顺逆流时的传热效能ε。顺流时1p

KF

(mcp)min

(mcp

1)min

(mcp

)max(mc1pmin逆流时

(mcp

)max (3-5-4)1exp

KF

(mcp)min

(mc

1min

(mcp

)max1(mcp)minexp Kf (mcp)min)max)maxp

)

(mcp

)min

(mcp

(3-5-5)传热效能根据定义还能写成(t'(t't")maxt't'

(3-5-6)1 2式中下标min表示该物理量是同类量中最小的，下标man表示是最大的量。从以上公式还能说明换热器在K、F、mc、mc

ε将大1p1 2p2于顺流时的ε，也就是在上述条件下换热器在逆流时比顺流时传热效果好。三、实验装置为了保证换热器的流体具有不同的水当量mcp

值。而且不污染实验环境，该试验热流体液体换热器。由于空气的换热系数远小于水的换黄铜管，380mm的45mm4个球热器的进出口各装两支最小分度为1/10℃的水银温度计。实验装置见图3-5-2。热换器以水侧换热面积作为计算图3-5-2 换热器实验装置图 传热面积，F=0.0203m2。四、实验步骤测定换热器为顺流工况时的数值。接通恒温器电源，使恒温器预热。将恒温器的水温控制在所需温度。启动风机。、324置于断的状态。调整水流量计下端的控制阀，使水流量控制在10L/h（Ll=10-3m3）并保持不变当温度计温度不随时间变化时测出 的温度值。改变水流量使其达到15L/、20L/h并重复1（）步骤。测量换热器为逆流工况时的数值243出口温度。五、实验结果及数据整理根据对数平均温差的公式计算出以上各工况下的对数平均温差值。t tmaxtminm lntm