《传热学》实验指导书

关系曲线，并求出的关系式。导热系数测定记录表序号主加热器热面温度tR（℃）冷面温度tL（℃）备注电流I（mA）电压V（V）功率N（W）123六：数据处理：序号主加热器热面温度tR（℃）冷面温度tL（℃）平均温度（℃）导热系数(w/m.k)电流I（mA）电压V（V）功率N（W）123实验（项目）二非稳态法测量材料的导热系数实验一、实验目的（1）快速测量绝热材料的导热系数和比热。（2）掌握使用电热偶测量温差的方法。二、实验原理图2-1第二类边界条件无限大平板导热的物理模型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平板两面受恒定的热流密度qc均匀加热（如图2-1），求任何瞬间平板厚度方向的温度分布t(x,).平板中心x=0处和平板加热面x=δ处两面的温差为：EQ（1）得出导热系数：式中，λ—平板导热系数，W/(m·℃)qc—沿x方向给平板加热的恒定热流密度，W/m2δ—平板的厚底，mm—两面的温差，℃图2-2为准态平板法测试装置图。利用四块表面平整，尺寸为200mm×200mm×10mm完全相同的被测试件（材料为有机玻璃，其导热系数一般为0.140—0.198W/(m·℃)，每块试件的厚度为δ。将四块试件叠在一起并装入两个同样的高电阻康铜箔平面加热器，加热器面积和试件相同。用导热系数比试件小得多的材料做绝热层，力求减少通过它的热量，使试件1，4与绝热层的接触面接近绝热。这样可假定qc等于加热器发出热量的1/2，即qc=。利用热电偶测量试件2两面的温差以及2、3接触面中心处的温升速率。热电偶端放在冰瓶中，保持零度。三、实验装置图2-2实验装置四、实验步骤1.按要求连接线路，接好热电偶与SY821型转换开关的导线及转换开关与PZ158A型直流数字电压表的连接。2.开启直流稳压稳流电源开关，现将稳压调节按钮顺时针调节到最大，同时将稳流调节按钮逆时针调到最小。接上所需负载，在顺时针调节稳流按钮使输出电流至所需稳流电流值，电流值一般在0.2A左右，以保证恒定电流加热试件。3.启动秒表，每隔一分钟测量一次。经一段时间后（一般在10-20min）系统进入稳态。带进入稳态后记录数据，并记录电流、电压值。4.实验完毕后，切断电源。五、注意事项1.直流数字电压表使用前需预热1小时（经剧烈条件变化或长期不用时预热时间在2-3小时）。在插上电源线前必须关闭电源开关，以免烧坏保险丝。2.在使用直流数字电压表，在本实验一般采用200mV量程进行测量，注意不要用手触摸其中一个金属端子，并保证测量两端子的热平衡后再进行调零或测量。3.必须把直流稳压稳流电源作为横流电源使用，电流一般在0.2A左右，加热功率在10W左右。4测量时一定按下测量按钮，以免带来较大误差。同时测量应先测加热温度。然后旋转转换开关测量中心面温度，并要求复位。5.实验要求一次成功，如中途失败，需待试件冷却至室温后才能进行第二次测量。六、实验数据处理1、记录数据通电后被测点的电动势：2、整理数据通电后被测点的温度温度组数温度组数12345123EMBEDExcel.Sheet.83、导热系数的确定4、误差分析实验（项目）三套管式换热器性能测试试验一、实验目的换热器性能试验的目的是：测定换热器的传热系数，作为鉴定其传热性能的优劣，并作为取得的传热数据、比较和改进换热器的依据。在一些条件下，通过适当的数据处理，还可以从传热系数中获取换热系数的数据，从而能更全面地了解换热的规律。但由于各种换热器的结构、材料、工质性质、工作原理以及工作条件等不同，其实验的方法和测试的参数将会有很大的差异。二、实验原理换热器传热系数由下式确定：(1)式中：F——传热面积。对于某些换热器，冷流体侧与热流体侧的F相差较大，因此传热系数的数值与采用哪一侧的面积计算有关。——冷热流体通过间壁交换的热量。必须注意，热流体释放的热量可能不等于冷流体的吸热量。因此，在用式(1)计算时，要根据换热器中冷热流体留到的具体安排情况，来决定采用热流体释热量或冷流体的吸热量作为Q的计算值。——冷热流体间换热的平均温度差；(2)式(2)中：为换热器温度差修正系数，它与换热器中冷热流体的流向及流动方式有关。对于逆流或或顺流，；对于其它流方式，可从有关传热学书籍中查询的值。与分别为换热器进出口端冷热流体间的温度差。若>，则在/>0.5的情况下，上述温度差可用算术平均温差代替。此时（3）可见，当已知换热器面积F后，由实验中测出冷热流体的流量和进口、出口温度，就可以算出换热量及平均温差，从而可以由式(1)获得传热系数。此外，利用不同工下的多次测量所获得的实验数据，经过适当的数据处理，还可进一步将冷热流体侧的换热和从传热系数中分离出来。通过这一手段，就可在不测壁温的情况下，对冷热流体的换热情况作较深入的认识。三、实验设备水-水套管换热器实验系统如图5-1所示。热水由热水槽1产生，由泵2抽出经流量调节阀3、流量计4、进口温度测点15进入换热器内管5，与套管中的冷水进行换热后，经出口测点16仍旧排回到热水槽中。冷水由冷却水池(或冷却水塔、自来水管线)进到冷水槽8，由泵9抽出，经流量调节阀19，流量计10、阀11、温度测点17进入套管换热器的套管6，再经温度测点18、阀14排入冷却池(或冷却水塔、排水沟)。这时阀12、13是关闭的，冷水与热水为顺流换热，若将阀门12、13打开，而关闭阀门11和14，则构成逆流工况。图5-1套管换热器实验装置图温度由玻璃温度计或热电偶测量。使用玻璃温度计时，应按图中所示方法安装，使温度计处于铅垂位置，并且测头对准水流方向。流量计可以用孔板流量计、转子流量计或涡轮流量计(配频率计数仪)等。热水槽的水温采用手动或可控硅自动调节装置控制，使热水温度稳定不变，这是是实验工况稳定的关键。除传热测量外，换热器实验还往往要同时进行阻力测量。为此，可在热水和冷却水的进出口之间分别装两套U形管水银压差计。四、实验方法实验前应将内管抽出，进行仔细擦洗去掉管内外表面明显的锈、水垢、油污等。检验冷水系统各阀门是否严密，关闭时如仍有水漏过，将影响实验结果。实验时，可先进行顺流工况，再进行逆流工况的实验，并需待系统各项温度达到稳定工况时，才能测取各项数据作为实验记录。实验中。用改变热水流量和热水进口温度来变更实验工况，而冷水侧流量可固定不变。下面着重说明数据的整理方法。水的流速热水流速(4)冷水流速(5)式中：除管径外热水参数均标以角码“1”，冷水参数均标以角码“2”；M为流量；为密度；为内管内径；为内管外径；为外管的内径。2．传热量实验中，热水在内管流过。它释放的热量，即通过换热面传递的热量为(6)式中，为水的比热容。为校验热量的测量是否有重大差错，应同时根据冷水进出口温差及流量，计算冷却水的吸热量。在保温良好的情况下，与之差的绝对值不应超过实验所允许的精度范围。这种校验计算，应在每一实验点测且之后进行。3．由式(1)计算传热系数。此时，传热面积可采用管的内外径的平均值计算，即(7)式中，为内管有效换热面长度。4．按顺流及逆流，分别在以传热系数为纵坐标、流速为横坐标的双对敌图上标绘实验点，并用适当方法整理传热系数与流速的关系(速度采用变化侧的流速，即热水侧流速)：(8)式中、为常数用同样方法整理阻力降与流速的关系：(9)式中、为常数。5．由传热系数分离出冷水及热水的换热系数由于计算工作较繁，应采用计算机进行计算，详述如下。(1)导出计算式根据通常采用的管内受迫紊流换热准则方程式的形式，现设定：内管的准则方程式为(10)式中，设系数为已知数。根据管内流动换热，对于紊流取。套管的准则方程式为(11)式中：为动力粘度；有角码“w”的量表示定性温度取壁温，其它量则用流体进出口温度的平均值作为定性温度。将上两式改写成(12)(13)式中；；——导热系数，。及中包含的物性参数均由流体的平均温度确定，故及的数值可直接由实验数据算出。由传热系数与各项热阻的关系知：（14）式中——管壁导热热阻，;——管壁污垢热阻，，根据水质及管表面污垢情况决定，对一组实验可取为常数。如前所述，本实验中，采用了平均面积计算，故式14中没有传热面积的折算项。以“i”角码表示实验点的序号，。式14可改写为(15)在已知的情况下，采用迭代计算，可由式15确定、及,进而由式(12)(13)算出、，把换热系数从传热系数中分离出来。迭代计算的要领是，先设定的试探值，据此求出壁温和进一步由回归分析求得、、。再将得到的计算值作为第2次计算的试探值，重复计算，直到计算值与试探值之差在允许的误差范围内，结束计算。一般迭代4、5次既能收敛。(2)计算步骤1、假定的试探值(或称初始假定值)。2、确定壁温和确定方法是解下列联立方程式：(16)将式（15）代入式（5-16）即可以解出。由于计算式是非线性的，可采用牛顿迭代法计算。因热水在内管流过，故。则(17)3、求值由式12求出后，由式(14)从值可求出。再进一步对式（13）两边取对数，得(18)令则式(18)可改写为由线性回归解出上述直线式中的截距及斜率后，可得从而求得及值，并以此值进行下一步计算。4、求将式(5-15)改写为(19)令则式(19)成为由线性回归解出及，得