传热实验报告固体与流体材料传热特性的比较试验课件

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固体与流体材料传热特性的比较试验第组1目录1两种固体材料的热传导对比实验2流体材料的热传导实验3固体材料的对流传热实验4流体材料的对流传热实验固体材料的热传导对比实验1第一部分31.1实验目的

了解热传导的基本概念；

了解导热系数的定义以及标定方法；

掌握几种典型情况的导热分析；

掌握使用稳态法测导热系数的方法；

比较不同固体、以及液体热传导性能差异；

掌握测温热电偶的使用方法。

固体与流体材料传热特性的比较实验1.2实验原理1.2实验原理

导热系数由实验确定。金属非金属液体气体导热系数随温度的线性近似1.3实验步骤在金属块的上下两侧表面分别放置热电偶温度传感器，并通过数据采集系统与计算机连接；用保温材料将金属块侧面包裹，减少热量的散失；打开加热装置，给金属块加热，采集数据；等到金属块上下表面的温度趋于稳态时，停止采集数据；测量金属块的尺寸以及加热的功率。1.4实验装置1.5实验数据处理铝合金板钢板下表面稳态温度:

T1=100.75℃上表面稳态温度:T2=75.76℃下表面稳态温度：T1=92.82℃上表面稳态温度：T2=63.71℃1.5实验数据处理钢板

1.5实验数据处理铝合金板

1.2实验结果实验结果材料实验值理论值（常温）误差钢8.949-81.8%铝7.9107-92.6%两种金属材料导热系数(W/m.K)1.3误差分析1.实验中所使用的加热板面积比金属材料的底面积略大，而且由于加热板受热的不均匀，给实验带来了比较大的误差；2.被加热金属块虽然在四周包上了保温材料，减缓了与环境的热交换，但是热量散失还是无法避免的，在这个过程中散失了一定热量致使上下板温差变大，导致最后导热系数计算结果偏小；3.加热的功率略大，使得达到稳态更为困难，也耗时更长，也造成了比较大的误差；4.由于时间还有实验条件所限，其实金属块尚未完全达到稳态，对实验数据的准确性带来一定的影响；5.测量过程中存在着比较大的误差，比如加热功率是通过电压平方除以电阻的方式计算的，与真实功率有一定偏差。流体材料的热传导实验2

第二部分142.1实验目的

了解热传导的基本概念；

了解导热系数的定义以及标定方法；

掌握几种典型情况的导热分析；

掌握使用稳态法测导热系数的方法；

比较不同固体、以及液体热传导性能差异；

掌握测温热电偶的使用方法。

固体与流体材料传热特性的比较实验2.2实验原理2.2实验原理一维，稳态，常物性，无内热源圆柱坐标系求积：2.2实验原理

整理得2.3实验步骤在盛满油的烧杯中心置加热器，在距离其不同距离的地方放置热电偶采集温度；打开加热装置，观察距离加热棒不同距离的温度变化情况当不同位置间温差达到一个基本稳定值时，视为达到稳态停止采集数据，记录相关数据。2.4实验仪器2.5实验数据处理温差趋于2.21℃温差趋于1.45℃2.5实验数据处理

2.6误差分析1.流体的导热系数很小，热阻很大，也就是说对流换热在这个实验中不能被忽略，而且是占主导因素，在实验过程中，看到在加热棒这个功率的加热下，不同位置的油之间的温差也是很大的，所以对流换热不能忽略；2.为了减少对流换热的影响，应采用尽可能小功率的加热，减小各点的温差，而这又使得测量温差的难度增大；3.由于实际情况下，无法满足一维稳态导热的条件，比如上下表面并非绝热面，也对实验造成了比较大的误差；4.外部环境也对实验产生了影响，比如风和振动会让流体产生对流。固体材料的对流传热实验3第三部分24实验目的了解熟悉外部对流固体绕流的对流模式；

通过实验掌握对流传热系数h的测定方法，并分析影响因素；

学习如何用实验方法求出描述过程规律的经验公式，并检验通用的对流传热系数的准数关联式；通过实验提高对关联式的理解，进一步了解影响对流传热系数的因素；

掌握测温热电偶的使用方法。

固体与流体材料传热特性的比较实验固体与流体材料传热特性的比较实验

实验原理对流是在高温物体表面被加热后的流体向低温物体表面移动的传热方式。对流有自然对流和强迫对流之分。

自然对流：因流体自身密度差产生的流动；

强迫对流：因风机等强制方式使流体移动而产生的流动任何关于对流的研究最终都归结为确定换热系数h的方法的研究。我们可以根据实验测定得到h，也可以根据相关实验式得到理论值h。

实验原理通过记录壁面温度的变化，根据上式得到表面的换热系数h圆柱绕流图片Q风险管理主要分为两类：可以得到圆柱温度随时间变化规律：

实验原理实验关联式自然对流强制对流实验步骤取需进行试验的圆柱，利用工具测量选用圆柱的直径和长度；将圆柱安放到支架上，连接热电偶，打开数据采集系统；打开鼓风机吹风，利用手持式风速仪测量圆柱表面风速；观察圆柱降低一定温度后，保存实验数据。固体对流实验数据处理金属类型直径（mm）长度（cm）强迫对流风速（m/s）固体对流不锈钢圆柱4.01.2固体强迫对流实验数据处理不锈钢圆柱

固体强迫对流实验数据处理不锈钢圆柱拟合曲线方程：

-0.0022t+1.3868固体自然对流实验数据处理不锈钢圆柱不锈钢圆柱自然对流拟合曲线方程：

固体对流实验数据处理强迫对流

固体对流实验数据处理自然对流

固体对流实验数据处理金属类型误差自然对流不锈钢圆柱54.0%强迫对流不锈钢圆柱44.20%误差分析本实验流体对流和固体对流都选用了鼓风机这一装置，而鼓风机的功率可能会有实时变化，故风速也会有变化，导致实验不处于稳定状态，会有一定的误差产生；不同位置的风速是不同的，且圆柱表面温度也存在差异，也会造成误差；我们采用集中参数法，实际上内外温度是有差异的，实际总散热量应小于计算值。故实际测得换热系数偏大。

流体材料的对流传热实验4

第四部分38实验目的

对流体对流概念有清晰的认识，并选择最合适的模型进行实验；通过实验掌握对流传热系数h的测定方法，并分析影响因素；

学习如何用实验方法求出描述过程规律的经验公式，并检验通用的对流传热系数的准数关联式；通过实验提高对关联式的理解，进一步了解影响对流传热系数的因素；

掌握测温热电偶的使用方法。

固体与流体材料传热特性的比较实验固体与流体材料传热特性的比较实验

实验原理Q风险管理主要分为两类：通过测量t1、t2、v、d、L计算流体换热系数流体在管内流动时，由于温差作用与外界存在热交换。在流体充分发展之后，在均匀壁温的热边界条件下，传热满足牛顿冷却定律实验原理管槽内湍流强制对流传热关联式当加热流体时，n=0.4；冷却流体时，n=0.3；Re=104~1.2*105，Pr=0.7~1.20，l/d>=60

实验步骤将装置如图连接好，在箱体内装满水；连接好吹风机和管口，并在管进入水箱、离开水箱和箱体液态水中分别放置一个热电偶；开启吹风机，并开始记录数据，并测量管内风速；一段时间后停止数据收集，关闭吹风机。实验数据记录及处理管内强迫对流对流实验数据金属类型冷却段长度（mm）管径（mm）风速（m/s）入口温度（℃）出口温度（℃）水温（℃）管内对流不锈钢圆管3248.0036.635.1对流实验数据处理理论值：计算得ReD=ρvD/μ=10081>10000，采用Dittus-Boelter公式：NuD=0.023ReD0.8Prn而实验中水浴温度低于空气温度，所以取n=0.3，代入数据得到：NuD=32.95

h0=NuD*λ/D=28.58W·m-2·K-1实验值：误差：φ=(h-h理论)/h理论*100%=15.6%

对流实验数据处理误差管内对流32.9528.5815.61%32.950.27%由于l/d=14.2<60,属于短管，需考虑入口效应，故对其进行修正误差分析水浴温度，管的出入口处温度并不是恒定不变的，因此我们取的是一段时间内的平均值来计算，对结果的精确性有一定影响。水箱内水的温度并不是完全均匀的，对实验结果也存在一定影响。空气流速在管内也是分