内科大传热学实验指导

传热学实验指导实验一平板稳态法材料导热系数测定实验实验目的巩固和深化稳态导热过程的基本理论，掌握平板稳态法材料导热系数的测定方法。掌握使用热电偶测量温度的方法。实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量，对不同的材料，导热系数是不同的。对于同一种材料，导热系数还随着温度、压力、物质的结构、重度等因素而变化。各种材料的导热系数都采用实验的方法进行测定。本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的，设平板厚度为2δ，初始温度为t0，平板两面受恒定热流密度qc均匀加热，求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x,t)。导热微分方程、初始条件和第二类边界条件如下：t(x,u)=t0对上述方程求解得：式子中λ------平板的导热系数（w/m℃）(w/m·k)δ-------平板厚度（m）Δt-------稳态时平板上下温度（℃）实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件。一般认为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不记。试件两端中心处的温度差就等于无限大平板时两端面的温度差。实验装置本实验装置是由上海绿兰教学设备厂生产，主要由平板试件1-4，绝热层，热电偶，加热器，稳压电源等组成。如图所示：试件试件采用有机玻璃板制成，其尺寸为：100mm×100mm×10mm，共四块，尺寸完全相同。加热器加热器采用高电阻康铜制成，其形状与试件相同，尺寸也是100mm×100mm。两个加热器的电阻值及尺寸都相同，阻值约为100s（详细请见设备标注）。绝热层绝热层采用导热系数比试件小的材料制成，力求减少热量通过。使试件1-4与绝热层的接触面接近绝热，这样就可以假定式中的热量等于加热器发热量的1/2。电热偶利用电热偶测量试件2两侧的温度。热电偶由0.1mm的康铜铜丝组成，可以采用电位差计进行热电势的测量，由此查阅热电偶分度表得到对应的温度值，热电偶的冷却端（自由端）放在冰瓶中，保持零度。实验步骤实验前期的准备工作，包括接好电源线，放好试件，接通加热器、热电偶等的线路，准备好冰瓶并保持零度。校对电位差计（详见电位差计使用说明）。接通加热器开关K，给加热器通以恒定的电流（实验过程中，电流不允许变化），约30分钟后，每隔5分钟测试试件2上、下面的温度，当两温度读数几乎保持不变时导热达到稳定状态，此时记下两温度读数，以及电加热器的电流值。改变电加热器电流的大小，重复上述步骤两到三次。实验结束，关闭电源开关，整理仪器设备。五.实验数据记录与处理1.实验数据记录将实验数据记录在下表中加热器电阻R(Ω)加热器电流I(mA)试件2t1(℃)试件2t2(℃)12345实验数据处理A--------电加热器有效加热面积六.问题讨论1.不同温度下导热系数是否相同,为什么?2.造成实验误差的原因有那些,采取哪些措施能够消除误差?

实验二自由对流换热系数测定实验实验目的了解自由对流换热机原理，熟悉自由对流换热过程，测定自由对流换热系数。学会利用热电偶测量温度的正确方法。实验原理根据牛顿定律，可求得自由对流情况下的换热量：Q=α·A·(t1-tf)（W）式中：Q-------对流换热量（W）α-------对流换热系数（W/m2·℃）A-------自由对流换热体有效换热面积（m2）t1-------自由对流换热体表面平均温度（℃）tf-------环境温度（℃）上式可以简化为；实验仪器设备实验仪器设备是由上海绿兰教学设备厂生产的自由对流换热系数测定实验装置，主要由自由对流换热体、电加热器、测温热电偶、转换开关、数显温度计等组成，自由对流换热体分别是由d1=20mmL1=1.0mL2=1.2md3=60mmL3=1.8m和d4=80mmL4=2.0m四根不锈钢段组成，示意图如下所示；下图为电加热控制及测量仪器箱：图中：1.数显温度计2.电压表3.电流表4.转换开关5.电加热开关6.加热器电压调节旋扭7.输出电压接线柱8.热电偶输入接线实验步骤实验前期准备工作，包括电源线、电热偶信号线的连接等。接通电源，选择实验对流换热体，合并上开关5，并调节相应的电压调节旋扭6，选定一合适的电压，电流值。并记录电压、电流读数。通电约30分钟后，自由对流换热达到稳态，此时分别按下转换开关，观察对流换热体上不同点的温度变化情况，等待其稳定不便时，可读取温度值。重新选择自由对流换热体，重复上述步骤2、3，直到四个不同形状换热体全部实验完毕为止。本实验为自由对流换热实验，在实验进行过程中应该尽可能避免人员的走动，以免造成空气的流动，给实验带来较大的误差。记录环境温度。实验完毕，关闭电源开关，整理仪器设备。实验数据记录与处理把实验数据记录在下表中环境温度tf、电压(V)电流（A）自由对流换热体表面温度（℃）t1t2t3t4t5t6换热体1换热体2换热体3换热体4实验数据处理自由对流换热量：自由对流换热体有效换热面积：自由对流换热体表面平均温度t1：自由对流换热系数：问题讨论造成实验误差的原因有哪些，应该如何解决？不同几何形状，不同温度的自由对流换热体，其自由对流换热系数是否相同，为什么？

实验三综合传热性能实验一、实验目的1.了解热管换热器的工作原理，熟悉其使用方法。2.掌握热管换热器换热量和传热系数的测试及计算方法。二、实验原理及实验设备的结构热管换热器实验台的结构如下图所示：图中：1—翅片热管2—热段风道3—冷段风道4—风机5—电加热器6—工况选择开关7—热电偶8—测温切换琴键开关9—热球风速仪（图中未画出）10—冷端热电偶接线柱11—电位差计接线柱12—风速测孔13—支架热段中的电加热器使空气加热，热风径热段风道时，通过翅片热管进行换热和传热，从而使冷段风道空气温度升高，利用风道中的热电偶对冷，热段的进出口进行测量，并用热球风速仪对冷，热段的出口风速进行测量，从而可以计算出换热器的换热量Q和传热系K。三、实验台参数1.冷段出口面积FL=0.092π/4=0.0064m22.热段出口面积Fr=0.162..=0.0256m23.冷段传热表面积fL=0.536m24．热段传热表面积fr=0.496m2四、实验步骤1.连接电位差计和冷端热电偶。（如无冰瓶条件，可不接冷端热电偶的接线柱短路，这样，测出的温度应加上室温）2.接通电源3.将工况开关按在“工况=1\*ROMANI”位置（450W），此时电加热器和风机开始工作。4.用热球风速仪在冷、热出段口的测孔中测量风速。（为使测量工作在风道温度不超过400C的情况下进行，必须在开机后立即测量）。风速仪的使用方法，请参阅该仪器的说明书。5.待工况稳定后（约20分钟后），按下琴键开关，切换测温点，逐点测量冷、热段进出口温度推理，tL1,tL2,tr1,tr2等6.将“工况开关”按在“工况=2\*ROMANII”位置，重复上述步骤，测量工况=2\*ROMANII的冷、热段进出口温度。7.实验结束后，切断所有电源。五、实验数据记录及处理将实验测得的数据填入下表中工况序号风速m/s冷、热段进出口热电势mVVLVrtL1tL2tr1tr2=1\*ROMANI123平均=2\*ROMANII123平均计算换热量，传热系数及热平衡误差工况1（450W）冷段换热量：热段换热量：热平衡误差：热平衡误差：%传热系数：式中：VL，VR—冷、热段出口平均速度m/s FL,Fr—冷、热段出口段面积m2 tL1,tL2,tr1,tr2—冷、热段出口风温0C PL,Pr—冷、热段出口空气密度kg/m3fL—冷段传热面积m20C2.工况=2\*ROMANII（1000W）计算方法同上将上面数据整理所求得的两种工况的实验结果填入下表，并进行比较分析。工况冷段热换量热段热换量热平衡误差传热系数=1\*ROMANI=2\*ROMANII

实验三中温法向辐射时物体黑度的测定实验实验目的通过实验加深对物体黑度及有关概念的认识用比较法，定性测定中温法向辐射时物体的黑度实验原理在由个物体组成的辐射换热系统中，利用净辐射法，可以求该物体的纯换热量：QnetiQneti=Qabsi-Qei=式中：Qneti—i面的净辐射换热量Qabsi—i面从其他表面的吸热量Qei—i面本身的辐射热量—K面对i的角系数—i面的黑度Eeff.k—k面的有效辐射力di—i面的吸收率Fi—i面的面积根据本实验的设备情况,可以认为:1.热源1.传导圆筒2.为黑体2.热源1.传导圆筒2.待测物体（受体）3.它们表面上的温度均匀（见图1）1.热源2.黑体圆筒3.待测物体（受体）因此,公式（1）可写成由于:又根系数的互换性:则:由于受体3与环境主要一对流方式换热，因此：式中：——自由对流换热系数——受体3的温度——环境的温度由（2）、（3）式可得：当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时，=，并考虑到，体系1，2，3为封闭体系，则由此，（4）可以写成：式为斯蒂芬—波尔茨曼常数，其值为：对不同的待测物体（受体）a.b其黑度分别为：设=则：当b物体为黑体时，有；=1，则6式可以写成：三、实验仪器设备主要仪器设备有中温发向辐射时物体黑度的测定装置，电位差计等详见下列装置示意图图中:1、热源腔体2、传导体（黑体腔体）3、受体腔体4、热源电压表5、电源开关6、电源开关7、测温琴键开关8、测温接线柱（接电位差计）9、热源调温旋纽10、传导体调温旋纽11、传导体加热电压表12、电流表13、信号灯14、导轨15、电位差计四、实验步骤1、将热源体温表和受体制改革对正，靠近黑体圆筒2，不要接触，保持有1mm左右的距离2、接好电源线和测温信号线3、按电位差的计的使用方法进行调零，校准，并选好灵敏度和量程4、接通电源，此时信号灯亮，表示热源，传导体（黑体圆筒）的加热正常调节热源电压旋扭9，使电压值在70—80V之间，调节传导体电压旋扭10，使其电压值在110—130V之间，在温度基本稳定后（一般需30分钟），用电位差计进行监测，实验要求，热源和传导体的温度尽可能接近。若不接近，可调节旋扭9，10，使其逐渐接近。5、当热源和传导体的温度基本接近后，即可开始实验。当受体为黑体时，每隔10分钟逐次按下琴键开磁7上的纽，对热源1，传导体2，和待测物体（受体）3的热电源势进行巡回测量，并将各读数记录下来，同时测量环境温度。6、当受体为被测物体时，重复步骤5。7、步骤5和6中，当实验进行到各点的温度前后差值小于3。C时即可，认为整个系统处于稳定状态，可以结束实验。8、实验完毕，关闭所有电源，整理仪器、设备。五.实验数据记录及处理1、实验数据记录