传 热 综 合 实 验
光纤传感应用综合实验讲义
光纤传感应用综合实验GCFS-B实验讲义武汉光驰科技有限公司Wuhan Guangchi Technology Co.,LTD0 / 50目录光纤端场传感实验的理论基础 (4)实验一、LD光源的P-I,V-I特性曲线 (12)实验二、透射式横(纵)向光纤位移传感（光纤数值孔径测量）15实验三、反射式光纤位移传感（光纤液位测量） (22)实验四、微弯式光纤位移/压力传感 (28)实验五、光纤端场角度传感 (33)实验六、光纤温度压力传感（传光型） (37)实验七、光纤火灾预警系统实验 (40)实验八、光纤照明实验系统设计 (45)1 / 50前言光纤是20世纪70年代的重要发明之一，它与激光器、半导体探测器一起构成了新的光学技术，创造了光电子学的新天地。
光纤的出现产生了光纤通信技术，而光纤传感技术是伴随着光通信技术的发展而逐步形成的.在光通信系统中,光纤被用作远距离传输光波信号的媒质,显然,在这类应用中,光纤传输的光信号受外界干扰越小越好.但是,在实际的光传输过程中,光纤易受外界环境因素影响,如温度,压力,电磁场等外界条件的变化将引起光纤光波参数如光强,相位,频率,偏振,波长等的变化.因而,人们发现如果能测出光波参数的变化,就可以知道导致光波参数变化的各种物理量的大小,于是产生了光纤传感技术.光纤传感器始于1977年，与传统的各类传感器相比有一系列的优点,如灵敏度高,抗电磁干扰,耐腐蚀,电绝缘性好,防爆,光路有挠曲性,便于与计算机联接,结构简单,体积小,重量轻,耗电少等.光纤传感器按传感原理可分为功能型和非功能型.功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件,所以也称为传感型光纤传感器,或全光纤传感器.非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为传输介质,传输来自远外或难以接近场所的光信号,所以也称为传光型传感器,或混合型传感器.光纤传感器按被调制的光波参数不同又可分为强度调制光纤2 / 50传感器,相位调制光纤传感器,频率调制光纤传感器,偏振调制光纤传感器和波长(颜色)调制光纤传感器.光纤传感器按被测对象的不同,又可分为光纤温度传感器,光纤位移传感器,光纤浓度传感器,光纤电流传感器,光纤流速传感器,光纤液位传感器等.光纤传感器可以探测的物理量很多,已实现的光纤传感器物理量测量达70余种.然而,无论是探测哪种物理量,其工作原理无非都是用被测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化,然后对已调制的光信号进行检测,从而得到被测量.因此,光调制技术是光纤传感器的核心技术.鉴于以上专业背景,我们开发并研制出了光纤传感实验系统.本实验系统的开放性,分立式可以增强学生对光纤传感的感性认识,提高学生的基本技能.在实验教学过程中,从实验原理,实验内容到实验仪器,实验方法等都很适合工科物理实验的教学要求,将应用技术和基础实验很好的结合起来.本手册仅供使用光纤传感实验系统从事物理实验以及光纤传感应用的教师,学生和技术人员参考.限于作者水平,手册中谬误难免,恳请读者不吝批评指正.衷心希望在我们的共同努力下,能够推进光纤传感这一先进技术的学习和普及.3 / 50光纤端场传感实验的理论基础光纤传感器一般可分为两大类，即功能型传感器（Function fiber optic sensor）和非功能型光纤传感器（Non-function fiber optic sensor）。
综合热分析法测定CaC2O4·H2O
山西大学综合化学实验报告实验名称综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的活化能学院化学化工学院学生姓名专业学号年级指导教师二Ο年月日综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的活化能摘要：热分析是在程序控温下测定物质的物理性质与温度关系的一类技术。
由于物理化学过程都伴随有热效应，而且固-气体系在反应过程中又可出现固相或液相的质量变化。
因此，可借于对其热效应或质量的测定来了解过程的变化，从而解决研究中的一些问题。
这种方法的特点是由简单的实验曲线可以了解体系的变化过程和计算出物理化学参数，给研究者带来很大的方便。
本实验主要是了解差热和热重分析法的基本原理及方法，用同步热分析仪来测定差热和热重曲线并求出各步反应活化能。
关键词：差热分析示差扫描量热分析 CaC2O4·H2O 活化能引言热分析是研究物质随温度变化所发生的物理化学过程以及相应产生的性质状态变化的一种方法，这种分析方法应用广泛的一类技术。
热分析技术种类很多，比较常用的方法有差热法（DTA），热重法（TG）（包括微分热重（DTG）），差示扫描量热法（DSC）。
（1）热重分析热重分析是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。
热重法实验得到的曲线称为热重（TG）曲线。
TG 曲线以温度作横坐标，以试样的失重作纵坐标，显示试样的绝对质量随温度的恒定升高而发生的一系列变化。
如图10.1CaC2O4·H2O 的热重曲线，有三个非常明显的失重阶段。
第一个阶段表示水分子的失去，第二个阶段表示CaC2O4 分解为CaCO3，第三个阶段表示CaCO3 分解为CaO。
CaC2O4·H2O的热失重比较典型，在实际上许多物质的热重曲线很可能是无法如次明了地区分为各个阶段的，甚至会成为一条连续变化地曲线。
这时，测定曲线在各个温度范围内的变化速率就显得格外重要，它是热重曲线的一阶导数，称为微分热重曲线（图10.1 也显示出了CaC2O4·H2O 的微分热重曲线（DTG））。
建筑墙体传热系数实验室检测技术解析
保证箱体材料的热阻值可以在3.5m2·K/W或大于3.5m2·K/W，夹 芯板的厚度应在150mm以上，并设置好热量导流板，保证热量 的均匀有效传递，选择带有合适感温元件的检测设备。如感温 元件为半导体温度传感器的检测设备，其精度更高，具有较强 的抗干扰能力和稳定性，应用效果相较于其他感温元件更好。 此外，处理好控制软件和控制仪表，提升设备可操作性，需 要拥有如下功能：①人机对话功能，自动控制实验过程；②异 常现象提示功能，帮助检测人员及时处理实验问题；③控温功 能，可以在4小时之内将热箱和冷箱的温度控制成检测所需的温 度；④采集信息、显示信息的功能，将检测过程进行图表化展 示。此外，需要对检测设备进行标定处理，设定标定工况并验 证标定结果，在此环节中需要采用已经经过长久存放的XPS板 来充当标准样品，进行热导率等数据的测试，保证检测设备满 足墙体传热系数的检测要求。
引言
为了实现社会可持续发展，在建筑领域方面，国家制定了 绿色建筑、节能建筑的一系列政策。对建筑墙体的检测，主要 是通过其传热系数分析墙体的保温性能，进而明确其在节能方 面起到的作用，帮助建筑工程选择节能效果更好的墙体，推动 建筑行业走向“绿色”、“节能”。
1 检测原理和实验室建设 第一，受我国检测设备性能的影响，其在运行过程中需要
3 检测样品控制 检测墙体样品控制的重点就是对检测结果有严重影响的墙
体含水率，相关实验数据表明，在墙体材料、检测条件既定的 情况下，26%含水率检测得出的传热系数为1.92W/（m2·K）， 15%含水率的检测结果为1.54W/（m2·K），4%含水率的检测结 果为1.12W/（m2·K），也就是说，以理论数值为依据，墙体具 有越大的含水率其检测结果的偏差值就越大，可见控制其含水 率的必要性。对此，受当前自然、技术、材料等各方面因素的 影响，检测人员需要采用人工调节技术控制墙体含水率，建立 热室，将已经经过7天养护处理墙体放置在其中，结合具体的墙 体材料，调整热室内温度，有效蒸发其水分，直至墙体含水量 可以降至5%以下，则可以结束这项工作。
中考物理复习---声光热综合实验题练习(含答案解析)
中考物理复习---声光热综合实验题练习（含答案解析）1．（2022•六盘水）小明发现篮球的气压不足，于是用打气筒给篮球打气。
在收起打气筒时发现外壁有些发热。
于是他想，是什么原因导致打气筒的外壁发热呢？小明就这个问题与同学小红进行了交流，联系所学物理知识，他们提出了以下两个猜想：A．活塞在筒内往复运动时，与筒壁摩擦导致发热B．活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热于是他们设计了实验进行探究，选用的实验器材有：打气筒、测温枪、计时器、气压不足的篮球等，分别在打气筒的上部和下部标注两个测温点，如图所示。
请回答下列问题：（1）打气筒内壁的热量是通过热传递的方式传递到外壁。
（2）活塞在打气筒内向下运动时的能量转化过程，与四冲程内燃机的压缩冲程相同。
（3）用打气筒往气压不足的篮球内打气，10秒内使活塞在筒内往复运动20次，立即用测温枪测出此时两个测温点的温度。
待打气筒外壁温度降至室温（25℃）后，放出篮球中的部分气体，重复上述操作。
实验数据记录如下表：小明分析上表实验数据得出：导致打气筒外壁发热的原因是活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热。
（4）小红回顾整个实验过程，分析实验数据，认为小明得出的结论不够严谨，理由是在实验过程中，活塞向下运动时既克服摩擦做功，又压缩空气做功，无法准确的确定外壁发热的原因。
于是他们对实验进行改进，对猜想A再次进行探究，你认为他们的改进方法是打气筒不与篮球连接，直接让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度与打气筒往气压不足的篮球内打气时打气筒外壁的温度进行比较，进而得出结论。
【答案】（1）热传递；（2）压缩；（3）活塞在筒内往复运动时，不断压缩气体做功导致发热；（4）在实验过程中，活塞向下运动时既克服摩擦做功，又压缩空气做功，无法准确的确定外壁发热的原因；打气筒不与篮球连接，直接让活塞在相同的时间内往复运动相同的次数，用测温枪测出打气筒外壁的温度与打气筒往气压不足的篮球内打气时打气筒外壁的温度进行比较，进而得出结论。
换热器综合实验报告
机械换热综合实验报告换热器性能测试试验，主要对应用较广的间壁式换热器中的三种换热：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。
其中，对套管式换热器和、板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性能测试，而列管式换热器只能作一种流动方式的性能测试。
实验装置控制面板如图1：换热器性能试验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。
一、 实验目的1、熟悉换热器性能的测试方法；2、了解套管式换热器，板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别；3、加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识；二、 实验装置本实验装置采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验；如工作原理图2所示。
换热形式为热水—冷水换热式。
T2加热水箱1500W=3个排水阀流量调节阀板式加自来水冷水箱T45路冷水出温度T34路冷水进温度列管换热器板式换热器列管排水阀流量调节阀列管板式1路热水进温度T13路涡轮流量计流量套管出水压力进水压力套管换热器开逆流开顺流开顺流开逆流进水压力套管T5热水箱温度控制出水压力图2 换热器综合实验台原理图本实验台的热水加热采用电加热方式，冷—热流体的进出口温度采用巡检仪，采用温控仪控制和保护加热温度。
实验台参数：1、换热器换热面积{F}：（1）套管式换热器2×3.14×0.006×0.748=0.02818464×8=0.225477122×3.14×0.006×0.095=0.0035796×7=0.02505720.22547712+0.0250572=0.25053432m2（2）板式换热器换热面积：0.028 m2×24片=0.672 m2（3）列管式换热器 1.0 m22、电加热器总功率：1.5KW×3 =4.5KW。
反应器内连续移热SO2转化系统(Ⅱ)系统的综合优化
管 作 为传 热 元 件 ，将 转 化 反应 段 分 割 为 假 想 的很 多 绝 热 反 应 微元 段 ，热管 可 将 反应 微 元 段 产 生 的反 应 热 及 时 移 走 ，以气 体温 度 微 小 阶梯 式 跳 跃 的 降 温 方 式 使 整 个 反应 过程 的 温 度 变 化 贴 近 最 佳 温 度 曲线 ， 达到 转 化 反应 过 程 连续 换 热 的 目的ｌ 。 ２ １ 这 种新 型 转 化 系 统 存 在 着 资 源 合 理 配 置 问题 ， 尽 管 硫 酸转 化 系 统 的优 化设 计 已有 不 少 文 献作 过 报 道ｌ Ｊ ３ ，但 主要 是 针 对 绝 热 式 多 段 反 应 系 统 进 行 的 。所 以 ，必 须 对 这 种 新 型 转 化 系 统 进 行 优 化 研 究 ，以得 到最 佳 的生 产 工 艺来 指 导 实 际生 产 过 程 。
中 图分 类 号
ＴＱ ０ ２ ５ ５ ．
ＲＥＡＣＴｏ Ｒ ＮＴＥＲＮＡＬ Ｉ ＣｏＮＴＩ ＮＵｏＵＳ Ｈ ＥＡＴ ＡＮＳ ＴＲ ＦＥＲ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦｏＲ
Ｓ ｏＮＶ Ｓ ｏＮ Ｓ Ｔ Ｍ （ ） Ｏ２ Ｃ ＥＲ Ｉ ＹＳ Ｅ Ⅱ
ＳＹＮ ＴＨ ＥＳＩ ＰＴ Ｉ ＳＯ Ⅳ Ｌ ＡＮ Ａ ＬＹＳＩ Ｓ
Ｚ ＡＮＧ Ｙ ｊ ｎ Ｅ Ｇ Ｘｉ ｈ ｎ Ｉ Ｇ Ｈｕ ｗ ｉ Ｈ ａａ ，Ｄ Ｎ ａ ｅａ ｄ Ｘ Ｎ ａ ｅ ｎ
（ Ｏ ｙＬ ｂｒ ｔ ｙｏ ＨＴａ ｄ Ｅ Ｍ Ｅ Ｋｅ ａｏａｏ ｆＥ ｒ ｎ Ｃ，Ｓ ｕｈ（ ｎ ｉｅｓｙｏ ｅ ｎ ｌ ｙ ｏ ｔ ￣ｉ Ｕｎｖｒｉ Ｔ ｃ ｏ ｇ ， ａ ｔ ｆ ｈ ｏ
传热综合实验
应 用
压差表、计前表与风管俄连接胶管，
化 学
并将风机挡位调至4处。
专 业
④进行风冷管路1小时，关闭整个
传热系统电源。
9
化 工
五、实验记录
原
理
实
验
应 用 化 学 专 业
10
化 工
五、实验数据处理
原
理
实
验
应 用 化 学 专 业
11
化 工 原 理 实 验
应 用 化 学 专 业
12
化 工
一、实验目的
原
理 实
①掌握对流传热系数α的测定方法；
验
并应用线性回归分析方法，确定关
联式Nu=ARem中常数A、m的值。
应 ②掌握孔板流量计的使用。
用
化 ③掌握DC-3A微音气泵的使用。
学 专 业
2
化
工 原
二、实验原理
理
实 空气在圆形直管中作湍流流动的给热
验 准数方程：
l
应
Nu f1 (Re , Pr , Gr, d0 )
用 化
强制对流时，Gr可忽略；对气体而言，
学 专
原子数相同的气体Pr为一常数，当
业 其影l 响 5亦0 可忽略，
do
3
化
工 原
故上式可写为： Nu f (Re)
理
实 一般可写成 Nu A Rem
验
ln Nu ln A mln Re
K与α的关系：
应
用 化 学
11 1
专 业
K S 2
4
化
验 数据记录在实验记录表上，然后改变
孔板流量R值约为200，再测取以上数
据记录，在R值为200到700间大约做5
综合热分析讲义1
600
Tf
固体热分解反应的典型的 TG 曲线
650
T
➢
平台
TG曲线上，质量基本不变的部分，
如前图中的 AB 和 CD。
➢
起始分解温度 Ti
当累积质量变化达到热天平能够检
测时的温度，简称起始温度，如前图中
的 B 点。
注意
实际上的TG曲线并非是一些理想的平台
和迅速下降的区间连续而成，常常在平台部
CaC2O4H2O 的TG 曲线
800
1000
Universal V4.2E TA Instruments
§2.6 热重仪
➢
热天平
亦即热重仪。在程序温度下，连
续称量试样的仪器。
热天平的结构类型
上皿式
立式
卧式
下吊式
a—立式（下吊式）
a
b
b—立式（上皿式）
c—卧式
c
热天平的类型
热天平的基本构造（下吊式）
TG的基线极为稳定
温度范围：
室温～1000℃/1500℃
最大样品量：1g
岛津TG-5TA Q500热重仪
TA Q500 加热炉、坩埚
§2.3 热重法的温度标定
热分析温度非常重要，必须对热天平
进行准确的温度标定。有两种标定方法：
居里点法
用几种铁磁材料的居里点进行
120
154.3°C
100
CaC2O4H2O → CaC2O4 ＋H2O↑
476.3°C
194.7°C
CaC2O4→ CaCO３ ＋CO↑
Weight (%)
80
687.4°C
516.7°C
8.10热机效率实验讲义
热机效率综合实验仪引言热效率实验仪可以作为热机或热泵使用，当它作为一个热机使用时，从高温热源发出来的热量通过电流流过一个负载电阻来做功，可以测出热机的实际效率而且可以与理论最大效率相比。
当它作为一个热泵时，将热量从低温热源传递到高温热源时，可以测出热泵的实际制冷系数并和理论上的制冷系数比较。
1821年，德国物理学家托马斯•约翰·•约翰塞贝克发现，当给连接在一起的不同金属加热时，就会产生电流，这一现象称为塞贝克效应，这也是热电偶的基本原理。
之后，在1834年，法国物理学家让•查尔斯•珀尔帖发现塞贝克效应的逆效应，根据电流的流向，连接在一起的金属会引起吸热或放热。
这种热电转换器被称为珀尔帖片。
本热效率实验仪是以珀尔帖片为核心构建的。
图a 帕尔帖内部结构帕尔帖片是由P型和N型半导体构成，如图a。
当P-N对的两端存在温度差时，N型半导体中的电子由热端向冷端扩散，使N型半导体的冷端带负电而热端带正电；同时P型半导体中的空穴也由热端向冷端扩散，使P型半导体的冷端带正电而热端带负电，通过金属片将P型半导体和N型半导体的热端连接起来形成P-N对，则在P型半导体的冷端和N型半导体的冷端输出直流电压，将多个P-N对串联起来就可以得到较大的输出电压，从而实现“温差发电”，如图b。
当给帕尔帖片通直流电流时，根据电流方向的不同，将在一端吸热，在另一端放热，从而实现“制冷”。
图b 发电过程图c 制冷过程帕尔帖片虽然效率低，但可靠性高，不需要循环流体或移动部件。
典型的应用如卫星电源和远程无人气象站等。
实验原理热机热机是利用一个高温热源和一个低温热源的温差来做功。
对于热效率实验仪，热机是利用电流通过一个负载电阻来做功，做功最终产生的热量，被负载电阻所消耗（焦耳热）。
热机原理如图1所示，根据能量守恒定律（热力学第一定律）得出C H Q W Q +=热机的热输入等于热机所做的功加上向低温热源的排热量。
热机TcT hW热端QcQ h冷端图1 热机实际效率热机的效率定义为HQ W e =如果把所有的热输入转换成有用功，热机的效率就会为1，因此它的效率总是小于1的。
低温地板辐射采暖和地热水供热的综合利用
１ 工程概 况
害。实测散热管 外壁 温度 不超 过 ４ ５℃ ， 计 供水 温度 （ 设 供水 管
为 ５℃ ， 温度均较低 。但楼板上不设保 温层在其他方 面很不 该建筑群 为 ３ ５栋多层住宅 ， 上 ５层 ， 地 局部 有跃层 。建筑 面 内） ５ 一般需设保温层 。当有保 温层 时 ， 板结 构层上皮 （ 楼 保温层 下 积１ ０万 ｍ２建筑高度 １ ， ４ｍ。为 满足地板辐 射采 暖的要 求 ， 筑 利 ， 建
１５ｍｍ， ２ 其中包括钢 筋混 凝土 层 、 温层 、 保 采暖 管道层 及水 泥砂 ３ 结语 浆保护层 。
本文通过对陕西咸 阳一个新 建 多层住宅 小 区的低温 地板辐 本住宅 楼的采暖室 内设计 温度 为 １ ８℃ ， 顶层西 北角房 间按 射采暖系统的论述 ， 对该 系统 的地板 和墙 面辐射采 暖构造层 内的 １ ℃计算 。本设计地板散热量适 当考虑家具的遮挡因素 ， ６ 家具对 各点 温度情 况 ， 地板辐 射采 暖构造层 中有 无保 温层对 向上 、 向下 地板面积遮 挡的有效 面积 系数按 ２ ％～３ ％考虑 ， ０ ０ 面积小 的房间 的热流的影响程度 ， 内竖 向空气温度 分布室 内人体 实感受温度 室 取较大值 ， 面积大 的房间取较小值 。 （ 包括室 内各非加热面 的壁面温度和室温 ） 最不利房 间的热舒适 ，
在住宅开发 中开始大面积的推广使用。 式节能的原 因。本 次测 试 房 间 的实 感温 度 与 空气 温 度 差 约为 为 了进一步 了解低温 地板辐 射采 暖系统 热工性 能及其 供热 ０ ５℃， ． 与一般资料 中介绍的温差为 １５℃ －２０℃相比是较小的。 ． ． 的基本规律 ， 我们结合陕西咸 阳一个新建多层住宅小 区工程 ， 对该 ２ ４ 地板 辐射 采 暖的安 全性． ． 系统进行 了一些研究 ， 以期在国内其他工程建设项 目中得以借鉴 。 地 板内散热管直接铺设在楼板结 构上时 ， 不会 对楼板造成损
中深层地热资源合理开发利用现状综述
传热综合实验报告
传热综合实验报告传热综合实验报告引言：传热是物质内部或不同物质之间热能传递的过程。
在工程领域中，传热的研究对于提高能源利用效率、改善工艺流程等方面具有重要意义。
本实验旨在通过实际操作，探究传热的基本原理和实际应用。
实验目的：1. 了解传热的基本概念和原理；2. 掌握传热实验的基本操作方法；3. 分析传热实验结果，探讨传热机制。
实验步骤：1. 实验前准备：准备实验所需材料和仪器设备，包括热导率测量仪、传热模型等；2. 实验一：热导率测量。
通过热导率测量仪测量不同材料的热导率，包括金属、塑料等；3. 实验二：传热模型实验。
选择一个传热模型，如平板散热器，将其加热并记录温度变化；4. 实验三：传热管实验。
将传热管加热并测量不同位置的温度，分析传热过程。
实验结果与分析：1. 热导率测量结果表明，不同材料的热导率存在较大差异。
金属材料的热导率较高，而塑料等非金属材料的热导率较低。
这与金属的晶体结构和电子传导机制有关；2. 传热模型实验结果显示，随着加热时间的增加，模型表面的温度逐渐升高，表明传热过程中热能从高温区传递到低温区；3. 传热管实验结果表明，在传热管的两端，温度差异较大，而在中间位置，温度差异较小。
这说明传热管的传热效果在两端较好，而在中间位置传热效果较差。
实验讨论：1. 通过热导率测量实验，我们了解了不同材料的热导率特性。
这对于材料选择和工程设计中的热传导问题具有指导意义；2. 传热模型实验结果表明，传热是一个由高温区向低温区传递热能的过程。
这与热力学第二定律相符合；3. 传热管实验结果提示我们，在传热过程中，传热效果会受到材料、管道长度等因素的影响。
因此，在实际工程应用中，需要考虑传热效果的优化。
结论：通过本次传热综合实验，我们对传热的基本原理和实际应用有了更深入的了解。
热导率测量结果表明不同材料的热导率存在差异，传热模型实验结果显示了传热的基本过程，传热管实验结果提示了传热效果受到多种因素影响。
医学综合传热计算
……………… (1 1)
dQ
T t
dA2 1 dA2 b dA2 1
1 dA1 dAm 2
……………… (1 2)
dQ
T t
dAm 1 dAm b 1 dAm
1 dA1 2 dA2
……………… (1 3)
由于是稳定传热，即dQ1= dQ2= dQ3= dQ，根据数学中的合 比定律，可以得到式(1-1)、(1-2)、(1-3)）
dQ (T tw1 ) t(w1 t w2 ) t (w2 t )
T t
1b 1
1 b 1
1 dA1 dAm 2 dA 2 1 Ad 1 Adm 2Ad 2
dQ
T t
dA1 1 b dA1 1 dA1
1 dAm 2 dA2
由于面积A与长度之间的关系，上列三式即变换得(2-1)、 (2-2)、(2-3)，令1/ K1为式(3)，代入式(2-1)得到式(4)。 K1称为基于内表面积计算的总传热系数。
如图 4-11 所示，对微元管段 B 的热、冷流体列热量衡算方程得，
热流体的放热速率为： dQ1 qm, hC p,hdT
综合传热计算
搅拌热牛奶
比如一杯热牛奶，放到冷水中，杯内牛奶用勺子不断搅拌，杯外的冷水也不断搅拌。 杯内有热牛奶向杯壁的对流传热，杯内壁向外壁是导热传热，杯外壁向冷水又是对流 传热。这样的问题，又如何计算呢？这里涉及热对流与热传导联合传热的计算问题， 即对流-导热联合传热。
换热器区
工厂应用最广泛的是列管换热器，一个车间有十几台，甚至几十台列管换热器。 这种列管换热器的设计与计算，就是对流-导热联合传热问题。讲这个问题之前， 先推出传热平衡方程。
脉动强化传热研究综述
特 征及 火 焰存 管 中 的位 置 、 中 火焰 燃烧 所 管 产 生 的气 流特 征 等 有 关 。 自激 励 脉动 燃 油锅
燃 烧产 生 脉动 尾气 来 实现 脉动 传 热 ， 相应 的
设 备 即 为 脉动 燃 烧 器 。 理 方 法 主 要 是 通 物
过 机 械 设 备 产 生 脉 动 流 或 者 是换 热 表 面振 动 ， 献 ［ 中分 别 把 脉 动 流 和 换 热 面 振 动 文 ６
的 设备 命 名 为 压 降激 励 法 （ ｒｓｕｅｄｉｅ ｐｅｓｒ ｒ ｎ ｖ
传热试验研究， 结果表明与稳定流相比脉动
流换热 系数 明显提 高约 １ ％～ ０ Ｏ ４ ％。 脉动 流 是工程 上 经 常遇 到 的流 动 状态 ，
到 了在脉 动 流 作用 下 ， 角 形槽 道 内漩涡 ： 三 生 、 展 和 脱 离 槽 道 的整 个 过 程 ， 用 所 得 发 并 数据 ， 析 了脉 动 流 强 化传 热 的机 理 。 外 ， 分 此 越 来 越 多 的学 者依 托 先 进 的仪 器 设 备 ， 丌始
ｍ ｔｏ ） 和 边 界 激 励 法 （ ｏ ｎ ａｙｄｉｅ ｅｈ ｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ｒ ｎ ｖ
ｍｅ ｈ ｄ）。 ｔｏ
集 成 块 中 的各 电子 元 件 的 散热 ， 长 电子 冗 延
件 的使 用 寿 命 方 面 具 有 巨大 开 发 潜 力 。Ｋ． Ｃ Ｌ ｏ ｇ等 ［ 对 脉 动 空 气 通 过 金 属 多孔 ． ｅｎ １
了对 微尺 度 脉动 传 热 的 机理 研 究 ， 已取 得 并 了一 定的成绩 。
工程材料及热处理综合实验的探索与研究
Ｉ ｄ Ｙ Ｅ
工程材料 及热处理综合实验 的探索与研究
呼英俊 刘志平 孟延红
天津 ３０ ２ ） ０２２ （ 天津 科技 大学 机械工 程学 院
［ 要］ 摘 结合 机械设 计制 造及 其 自动 化 专业 的特 点， 述 了以工程 实 际为背 景开发 工程 材料 及热 处理综 合实验 的意义和 实旌 与操作 方案 ， 论 达到 了提 高学生 分析 问题和 处 理工 程实 际 问题 能力 的培 养 目标， 缩短 了学 生的工 程 适应 期 。实践 证 明， 高 了教 学质 量和 人才 培 养 的效果 。 提 ［ 关键 词］ 综合 实验 工程 实践 热处 理 工程材料 中 图分类号 ：６ ２４ ３ Ｇ ４ ．２ 文献 标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９９ ４ （００ ２— ０８ ０ １０ — １Ｘ ２ １） ７０４ — ２
一
３工程材 料及 热处 理综 合 实验的 实旌 与操 作 我们 选 择零 件 材料 热 处理 和组 织 结构 金相 分 析作 为 《 工程 材料 及 热处 理》课 程的 综合性 开放 实验 。按照 机械 零件 的 实际使 用情 况， 对学生 进行 实 验 全过 程 的综 合 训练 和培 养 。包括 零 件 的材 料 、热处 理工 艺 、实验 方法 的 选 择和 实验 具体方 案制定 和操作 过程 以及 样件制 作 、组织 结构 分析和 实验 结 果 的分析 研 究 。具 体实 施和 操 作方 案如 下 ： ３ １ 依据 理论 课教学 内容 和所修 课程 内容 ． ． 指导 学生分 析研 究所 选实验 机 械零件 的结构特 点和 实 际使 用 性能要 求 由学 生根据 零件 的实 际使用性 能要 求进行 零件 材料选 择 、热处理 方案和 热 处理 艺 的确 定 。如轴类 零件 使用 要 求应具 有 良好 的综合机 械 性能， 材料 可选用 ４ 号钢 或 ４ Ｇ ， ５ ０ ｒ 热处 理工艺 为调 质处理 ， 处理 方法 为淬火 ＋ 高温 回 热 火即可满足 其使用性 能要求 ： 如承受振 动与冲击 载荷 的工具类零 件要求具 有足 够 的韧性 和较 高硬度 ， 料可选 用 Ｔ Ａ ＴＡ 具钢， 处理工 艺为 淬火处理 ， 材 ７或 ８Ｉ 热 热 处理 方法 为淬 火 ＋ 低 温 回火 即可满 足其 使用 性 能要 求 。 ３２ 由学生根 据所选 零件 的热处 理要 求通过 查阅相 关资料 制定 出零件热 ． 处 理工 艺路线 及 实验步骤 如 ：５号钢轴 类零 件可 根据 样件大 小和 调质 处理硬度 要 求按 图 １ ４ 选择炉 温 、保 温 时间确 定淬火 和回 火热 处理工 艺路线 及实验 步骤 来满足 零件综 合机 械 性能要 求 ：Ｔ Ａ工具 类零件 可根据 样件 大小 和淬 火硬度 要求 按图 ２ 择炉 ７ 选 温 、保温 时间确 定淬火 和 回火热 处理工 艺路线 及实 验步骤 来满足 零件 承受振 动 与 冲击 载 荷 的使 用 性 能要 求 。 ３ ３ 学生 按照 所选材 料制 作实验 样件 样 件制 作后根 据制 定的 实验步骤 进行 实验操 作 。首先用 金相砂 轮切 割机 或钢锯 将所选 材料切 割成所需 的实验样 件 ； 然后将 实验用 箱式 电阻炉通 电加 热 到热 处理工艺 路线所 需的温度 后放入实 验样件 ， 保温至规 定时 间后将 样件快 速 取 出投放 到水 中冷却 ， 成样件 的淬 火操作 ： 按照 回火工 艺对样 件进行 回 完 最后 火处理操 作。 ３ ４ 学生对 热处理 后 的样件进 行硬 度检 验和 金相分 析 ， 定是否 达到 技 ． 确 术性 能指 标要求 （） 度检 侧 方法 ： １硬 在洛 氏硬 度计 上对 样 件按 实验 步骤 进行 洛 氏硬 度 测 试 。如 ４ ５号钢 样件调 质处 理后 的硬度 要求 为 Ｈ Ｃ ２ ５ Ｔ Ａ样件热 处理 后 Ｒ ２ ￣２ ， ７ 的硬度 要求 为 Ｈ Ｃ６ ６ 。在洛 氏硬度 计上 分别对 样件进 行 ３ ５ 不 同点的 Ｒ ５￣ ０ ～ 个 硬度测 试， 观测 硬度值 是否 在要求 的硬 度范 围， 定热处 理工 艺路线及 实验 操 确 作 方 法 是 否合 适 。 （） ２金相 分析 的方 法 ： 首先通过研磨 和在 抛光机上抛 光制备 金相试样 ： 然后 在金相 显微 镜下观 察 其组织 形貌 ， ５ ４ 号钢 样件 调质 处理后 的组 织为 回火索 氏 体， ７ 样 件淬 火处理 后 的组织为 回火 马 氏体 ， ＴＡ 对照 金相照 片确 定试样 组织 是 否正 确 。 （） 果实验结果 不合格 ， ３如 首先 由指导教师 指导学生 查找原 因， 使学生通 过 实验原理 和实验过 程分析 ， 出问题所在 ， 出解决 问题 的方法， 找 提 加深对 实验原 理和 实验过 程认识 理解 ： 后经过 重复 上述 实验过程 ， 然 最终得 到合格 的实验 结
传热的基本知识
3）组合壁的导热 ）
• 壁体外表面散热 壁体外表面散热:
封闭空气间层的热阻
• 两个表面之间进行热转移过程是导热、对流和辐射3种传热方式 两个表面之间进行热转移过程是导热、对流和辐射 种传热方式 综合作用的结果. 综合作用的结果
在总的传热量中，辐 在总的传热量中， 射换热占总传热量的 70％左右。因此，要 ％左右。因此， 提高空气间层的热阻， 提高空气间层的热阻， 首先要设法减少辐射 首先要设法减少辐射 换热量。 换热量。
材质的影响
气体的导热系数最小(0.006~0.6 W/(m.K)) , 空气在常温常压下为 空气在常温常压下为 气体的导热系数最小 0.029 W/(m.K). 液体导热系数在 之间, 液体导热系数在0.07~0.7 W/(m.K)之间 水在常温下为 之间 在常温下为0.58 W/(m.K); 金属导热系数最大, W/(m.K)之间 之间; 金属导热系数最大, 在2.2~420 W/(m.K)之间; 非金属材料(绝大多数建筑材料 导热系数 非金属材料 绝大多数建筑材料)导热系数 绝大多数建筑材料 导热系数0.03~3W/(m.K). 导热系数小于 的称绝热材料 导热系数小于0.3 W/(m.K)的称绝热材料 小于 的称绝热材料.
• 导热的计算
材料的导热系数及其影响因素
导热系数指厚度为1m的材料,当两侧表面温差为1K 1K时 导热系数指厚度为1m的材料,当两侧表面温差为1K时,在 指厚度为1m的材料 单位时间内通过1m 表面积的导热量.单位是W/(m.K). 单位时间内通过1m2表面积的导热量.单位是W/(m.K). 影响因素: 影响因素: 1)材质的影响 材质的影响: 材质的影响 2)材料干密度的影响 材料干密度的影响 3)材料含湿量的影响 材料含湿量的影响
《综合热分析》课件
综合热分析器设计，提高能源利 用效率。
航空航天工程
分析飞行器、卫星等在极端环境下的热行 为，确保安全可靠运行。
电子工程
研究电子设备的散热设计，提高电子元件 的可靠性和寿命。
建筑与环境工程
分析建筑物的热性能，优化建筑设计和节 能减排。
综合热分析的基本原理
守恒定律
通过综合热分析技术，可以了解陶瓷材料的烧成温度、烧结 速率等参数，为陶瓷材料的制备和应用提供技术支持。
05
综合热分析的未来发展与挑战
新材料与新方法的探索
探索新型热敏材料
研究新型热敏材料，如石墨烯、碳纳 米管等，以提高热分析的灵敏度和响 应速度。
开发新型热分析方法
结合物理、化学和生物学原理，开发 新型热分析方法，以解决传统方法难 以应对的问题。
数据处理与分析
对实验数据进行处理和分 析，得出实验结果。
数据处理与分析
01 数据清洗
去除异常值和离群点，确保数 据的准确性和可靠性。
02 数据转换
将原始数据转换为可分析的格 式，便于后续的数据分析和可 视化。
03 数据分析
利用统计分析方法，对实验数 据进行深入分析，得出有意义 的结论。
0 结果呈现 4将实验结果以图表或报告的形
式呈现出来，便于理解和交流 。
04
综合热分析的应用实例
高分子材料的热性能研究
高分子材料的热性能是材料科学领域 的重要研究内容，综合热分析技术可 以用于研究高分子材料的热膨胀、热 传导、热容等性质。
通过综合热分析技术，可以深入了解 高分子材料的热行为和热稳定性，为 材料的加工、应用和性能优化提供理 论支持。
拓展应用领域
将热分析应用于生物医学、环境科学、能源 科学等领域，发挥其独特的优势和潜力。
飞机综合热管理系统发展及试飞验证技术研究
link appraisement曹煜国 中国飞行试验研究院曹煜国（1986－）男，工程师，主要从事飞机环控与热管理试飞技术研究；周伟（1987－）男，工程师，主要从事飞机环控与热管理试飞技术研究；王鹏（1983－）男，高级工程师，主要从事飞机环控与热管理试飞技术研究。
“能量优化飞机（EOA）”计划，如图2所示为“综合飞行器能量技术（INVRENT）”计划作为“能量优化飞机”的核心，该计划分三个阶段。
第一阶段关注近期技术，解决F－35飞机热管理问题；第二阶段，关注中期技术，以满足下一代能量优化飞机需求；第三阶段关注远期技术，主要面向高在直升机发展的初期，座舱环控系统只提供加温、通风和除雾功能，不具备座舱制冷的功能，为满足飞机在高场温和高湿热环境下，能够为机组提供适宜的周围温度，上世纪60年代，国外飞机开始提出为直升机配置空调制冷或空气循环制冷的方案，受直升机发动机提取功率限制，空气循环制冷效果有限，随着70年代，蒸发循环技术突破，美国从给电子吊舱配置蒸发循环系统的获得经验，成功为“黑鹰”VH－60N、“阿帕奇”AH－64等直升飞机座舱配置了蒸发循环系统。
在战斗机上采用蒸发循环制冷系统的典型案例是美国F－22隐身战斗机，由于相较上一代战斗机图2 飞行器能量综合技术（INVENT）计划图3 F－22飞机环控与热管理系统控制示意图中国科技信息2020年第5期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2019◎航空航天未来新一代作战飞机热环境会更加恶劣，热载荷增幅明显、超音速飞行、隐身等因素，限制冲压空气冷却的使用；高速飞行器复合蒙皮材料限制了机内热量向外界大气辐射散热。
因此，飞行器需要具有更强、更智能的热管理能力，需要发展数字控制综合热管理技术。
从状态监控到故障预测与健康管理通过对环控与热管理系统工作原理、故障机理、故障模式等诸多因素进行分析，运用综合测试评估、仿真验证等技术，提升环控与热管理系统在故障预测、容错重构、降级处理、自修复等方面的能力，实现热管理系统故障预测与健康管理，使热管理系统具备对自主维护保障的支持能力，降低使用成本，提高使用完好率。
实验四 传热综合计算机数据采集和过程控制实验
4.4传热综合计算机数据采集和过程控制实验一、实验目的⒈ 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
⒉ 应用线性回归分析方法，确定圆管内强制湍流对流传热关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。
⒊ 通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。
4．了解热电偶测温技术以及传热过程计算机数据采集和过程控制技术。
1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈ 对流传热系数i α的测定对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。
因为i α<<o α ,所以传热管内的对流传热系数≈i α 热冷流体间的总传热系数()/i m i K Q t S =∆⨯ （W/m 2·℃）,即im i i S t Q ⨯∆≈α （4-13）式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —管内传热速率，W ；S i —管内换热面积，m 2； m t ∆—对数平均温差，℃。
对数平均温差由下式确定： 1212()()()ln()w i w i m w i w i t t t t t t t t t ---∆=-- （4-14）式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；t w —壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。
管内换热面积：i i i L d S π= （4-15）式中：d i —内管管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
由热量衡算式：)(12i i pi i i t t c W Q -= （4-16） 其中质量流量由下式求得：3600i i i V W ρ=（4-17）式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。
综合热分析法测定CaC2O4.H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的活化能
* * 大学综合化学实验报告实验名称综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的活化能学院学生姓名专业学号年级指导教师二〇年月日综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的活化能***(**大学 **学院，**(省) **(市) ******(邮编))摘要：综合热分析方法测量CaC2O4·H2O的脱水、分解反应的质量和热效应，用得到的热重曲线来研究反应过程.实验观察到反应中有三个失重阶段，最后计算了体系变化过程中的一些物理化学参数.关键词：热分析;热重法;差热法;TG;DSC;CaC2O4·H2O0引言热分析是测量在程序控制温度下，物质的物理性质与温度依赖关系的一类技术.最常用的热分析方法有:差(示)热分析(DTA)、热重法(TG)、微分热重量法(DTG)、差示扫描量热法(DSC)、热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)等.许多物理化学过程都伴随有热效应.而固-气和液-气体系在反应过程中又可出现固相或液相的质量变化.因此，借助于对其热效应或质量的测量来了解过程的变化，从而解决研究中的一些问题.随着差热-热重方法联用的进展，用它们研究固态或液态反应动力学的工作日渐增多.这种方法的特点是由简单的实验曲线可以了解体系的变化过程和计算出物理化学参数，给研究者带来很大的方便.近年来随着电子技术的发展使这个方法向微量、快速等方面发展，使用领域也逐渐扩大.0.1 热重分析热重分析是在程序控制下借助热天平连续测定物质受热过程中质量与温度关系的一种实验技术，有助于研究晶体的熔化、蒸发、升华和吸附等性质变化，也常用于研究物质脱水、解离、氧化、还原等过程.热重法实验得到的曲线称为热重(TG)曲线.TG 曲线以温度作横坐标，以试样的失重作纵坐标，显示试样的绝对质量随温度的恒定升高而发生的一系列变化.这些变化表征了试样在不同温度范围内发生的挥发组分的挥发，以及在不1.单臂天平2.别热炉3.热电偶4.保护气体5.尾气出口6.真空系统7.水冷系统8.样品9.炉体升降机构同温度范围内发生的分解产物的挥发.曲线上每一个阶梯都与一个热重变化机理相对应，每一条水平线意味着某一化合物在当前条件下的稳定存在.阶梯的垂直高度，定量反应出变化过程中的质量改变值[1].0.2 差热分析和差示扫描量热分析差热分析（DTA ）是在试样与参比物处于控制速率下进行加热或冷却地环境中，在相同地温度条件时，记录两者之间地温度差随时间或温度地变化.当试样发生热效应(熔化、分解、相变等)时，试样实际温度与程序升温所控制的温度会有差异这就需要一定的时间来建立零温度差，此时，何用差示扫描量热法可以更准确地测定热量数值变化.差示扫描量热分析（DSC ）记录地则是在二者之间建立零温度差所需地能量随时间或温度地变化.差热分析和差示扫描量热分析所得到的谱图或曲线常画成在恒定加热或冷却的速率下随时间或温度变化的形式，其横坐标相应于时间或温度，作差热分析测量时，纵坐标为试样与参比物之温差，而作差示扫描量热分析时，纵坐标为试样池与参比池之功率差（d ΔC/dt ）.凡是有热量变化的物理和化学现象都可以借助于差热分析或差示扫描热分析的方法来进行精确的分析，并能定量地加以描述.本实验分析草酸钙的热分解过程，发生了如下三步：()()()242242CaC O H O s CaC O s H O g ⋅−−→+△()()()243CaC O s CaCO s CO g −−→+△()()()32CaCO s CaO s CO g −−→+△1 实验部分1.1 试剂及仪器Ca 2C 2O 4·H 2O 、N 2、STA 449F3热分析仪、恒温水浴. 1.2 实验内容打开恒温水浴、STA 449F3主机与计算机电源.在水浴与热天平打开2～3小时后，可以开始测试，如果配有低温系统，打开冷却控制器CC200电源，打开电脑中的操作软件.调整保护气体及吹扫气体的输出压力和流速.参比使用空坩埚，参比物与样品使用相同的坩埚且参比物坩埚应置于传感器的后方. 进入测量运行程序，选文件菜单中的打开选项，打开所需的测试基线进入编程文件.选择测量模式，输入识别号、样品名称与样品质量.选择标准温度校正文件和标准灵敏度校正文件后，仪器开始测量直到测量结束.2 数据处理实验得到差示扫描量热曲线(DSC)、热重曲线（TG ）和升温曲线等.现由TG 曲线计算脱水及分解各步反应所失重量百分数，并与理论值相比较，如下：化学反应过程百分失重测量值百分失重理论值()()()242242CaC O H O s CaC O s H O g ⋅−−→+△12.21% 12.33% ()()()243CaC O s CaCO s CO g −−→+△18.18%19.18%()()()32CaCO s CaO s CO g −−→+△29.93% 30.14%表一 各步反应过程所失重量百分数这些数据显示了试样在不同温度范围内发生的各个过程中，挥发组分的挥发量，测量值与理论值差距不大.下面由DSC 曲线计算过程中的热效应化学反应过程焓变J/g 理论吸热量kJ/mol()()()242242CaC O H O s CaC O s H O g ⋅−−→+△372.0 136.9 ()()()243CaC O s CaCO s CO g −−→+△215.1 300.2 ()()()32CaCO s CaO s CO g −−→+△902.6275.5表二 各步反应过程的热效应实验得到的热重曲线，有三个非常明显的失重阶段，相应地DSC 曲线有三个吸热峰.分别对应失去结晶水与C 2O 42-和CO 32-的分解过程.3 讨论3.1 影响热分析的因素主要有：1.试样因素，如颗粒尺寸，热传导性，试样重量，试样化学成分和晶体结构，试样空隙度和表面特性等；2.条件因素，如试样装填状况，试样稀释情况，加热或冷却速度，环境气氛、压力、流量，参比材料等；3.仪器因素，如炉子的形状和尺寸，坩埚材料、形状、尺寸，坩埚和热电偶接触情况等.4.挥发物的再次冷凝[2]等其它因素. 3.2 DSC 曲线第二个峰向下DSC 曲线的第二个峰有时会出现与文献值方向相反的情况，即出现放热过程，这主要是由于在第二个峰处的过程为CaC 2O 4 分解为CaCO 3并放出CO ，放出的CO 与N 2中带有的O 2反应放出热量，这个热量要比CaC 2O 4 分解为CaCO 3所吸收的热量要大，所以便出现了与文献上相反的峰.3.3 TG 曲线开始阶段上升在温度刚开始升高，物质还未发生变化前，TG 曲线应该是水平的，但实际上是一条向上斜的线，原因是N 2气在升温过程中密度减小，天平在N 2中受到的浮力也减小，表现在天平上就相当于反应物质量增加，导致曲线上斜. 参考文献：[1] 邱金恒,高卫等.氮气氛下CaC 2O 4·H 2O 热分解过程的综合研究[J].广西师范大学学报,2003. [2] 张仲礼,黄兆铭,李选培.热学式分析仪器[M]. 北京:机械工业出版社,1984. [3] 陈镜泓,李传儒编,热分析及其应用[M],科学出版社,1985. [4] 神户博太郎著,刘振海等译.热分析[M]. 北京：化学工业出版社.[5] 日本化学会编,无机化合物合成手册[M],第三卷,北京:化学工业出版社,1988. [6] 徐国华,袁靖等编,常用热分析仪器[M],上海科技出版社. [7] 李余增主编,热分析[M],清华大学出版社.[8] 胡小安, 管春平, 王浩华. 热分析的现状及进展[J]. 楚雄师范学院学报,2005.。
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传 热 综 合 实 验一、实验目的1.通过对本换热器的实验研究，可以掌握对流传热系数αi 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。
2.应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARemPr 0.4中常数A 、m 的值。
3.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气-水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。
二、实验原理对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成：n m C Nu Pr Re = （1）系数C 与指数m 和n 则需由实验加以确定。
对于气体，Pr 基本上不随温度而变，可视为一常数，因此，式（1）可简化为：m A Nu Re = （2）式中： λαd Nu 2=μρdu =Re 通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温（因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内、外壁温度与壁面的平均温度近似相等），根据所测的数据，经过查物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法确定关联式m A Nu Re =中常数A 、m 的值。
三、 设备主要技术数据 1. 传热管参数:表1 实验装置结构参数2.空气流量计(1) 由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。
空气流量由公式[1]计算。
（第1套）6203.00)(113.18P V t ∆⨯=………………………………………………………………[1] （第2套）6203.00)(113.18P V t ∆⨯=………………………………………………………………[1] 其中，0t V - 20℃ 下的体积流量，m 3/h ；P∆-孔板两端压差，Kpa1tρ-空气入口温度（及流量计处温度）下密度，kg/m 3。
(m3/h)与压差之间的关系。
(2) 要想得到实验条件下的空气流量V (m 3/h)则需按下式计算: 02732730t tV V t ++⨯= (2)其中，V -实验条件（管内平均温度）下的空气流量，m 3/h ；t -换热器管内平均温度，℃；t 1-传热内管空气进口（即流量计处）温度，℃。
3.温度测量(1)空气进、出传热管（光滑管、粗糙管）测量段的温度由热电阻温度计测量，从多路数字显示仪表直接读出。
（1-光滑管空气入口温度；2-光滑管空气出口温度；3-粗糙管空气入口温度；4-粗糙管空气出口温度；5-加热器内温度）(2)套管换热器内管内壁面平均温度（热电偶是由铜─康铜组成）tw( ℃ )由数字式显示表得到。
（上读数-光滑管壁面温度；下读数-粗糙管壁面温度） 4.电加热釜是产生水蒸汽的装置,使用体积为7升(加水至液位计的上端红线),•内装有一支2.5kw 的螺旋形电热器,当水温为30℃时,用200伏电压加热,约25分钟后水便沸腾,为了安全和长久使用,建议最高加热(使用)电压不超过200伏(由固态调压器调节)。
5. 气源(鼓风机)又称旋涡气泵, XGB ─12型 ,电机功率约0.55 KW(使用三相电源),在本实验装置上,产生的最大和最小空气流量基本满足要求,使用过程中,•输出空气的温度呈上升趋势。
6. 稳定时间是指在外管内充满饱和蒸汽,并在不凝气排出口有适量的汽(气)•排出,空气流量调节好后,过15分钟,空气出口的温度t 2 ( ℃ )可基本稳定。
四、实验设备流程图:1、普通套管换热器；2、内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3、蒸汽发生器；4、旋涡气泵；5、旁路调节阀；6、孔板流量计；7、风机出口温度（冷流体入口温度）测试点；8、9空气支路控制阀；10、11、蒸汽支路控制阀；12、13、蒸汽放空口；14、蒸汽上升主管路；15、加水口；16、放水口；17、液位计；18、冷凝液回流口空气-水蒸气传热综合实验装置流程图五、实验方法及步骤1.实验前的准备,检查工作.(1) 向电加热釜加水至液位计上端红线处。
(2) 检查空气流量旁路调节阀是否全开。
(3) 检查蒸气管支路各控制阀是否已打开。
保证蒸汽和空气管线的畅通。
(4) 接通电源总闸，设定加热电压，启动电加热器开关，开始加热。
2. 实验开始.(1)一段时间后水沸腾,水蒸汽自行充入普通套管换热器外管，观察蒸汽排出口有恒量蒸汽排出，标志着实验可以开始。
(2) 约加热十分钟后,可提前启动鼓风机,保证实验开始时空气入口温度t1(℃)比较稳定。
(3) 调节空气流量旁路阀的开度,使压差计的读数为所需的空气流量值(当旁路阀全开时,通过传热管的空气流量为所需的最小值,全关时为最大值)。
(4)稳定5-8分钟左右可转动各仪表选择开关读取t1,t2,E值。
(注意：第1个数据点必须稳定足够的时间)(5) 重复(3)与(4)共做7～10个空气流量值。
(6) 最小,最大流量值一定要做。
(7) 整个实验过程中,加热电压可以保持(调节)不变,也可随空气流量的变化作适当的调节。
3．转换支路，重复步骤2的内容，进行强化套管换热器的实验。
测定7～10组实验数据。
4．实验结束.(1) 关闭加热器开关。
(2) 过5分钟后关闭鼓风机,并将旁路阀全开。
(3) 切段总电源。
六、使用本实验设备应注意的事项1．检查蒸汽加热釜中的水位是否在正常范围内。
特别是每个实验结束后，进行下一实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。
2．必须保证蒸汽上升管线的畅通。
即在给蒸汽加热釜电压之前，两蒸汽支路控制阀之一必须全开。
在转换支路时，应先开启需要的支路阀，再关闭另一侧，且开启和关闭控制阀必须缓慢，防止管线截断或蒸汽压力过大突然喷出。
3．必须保证空气管线的畅通。
即在接通风机电源之前，两个空气支路控制阀之一和旁路调节阀必须全开。
在转换支路时，应先关闭风机电源，然后开启和关闭控制阀。
七、数据记录及处理2.实验数据的计算过程简介(以普通管一组数据为例)。
孔板流量计压差P∆=0.59Kpa、进口温度t1 =21.8℃、出口温度t2 =68.6℃壁面温度热电势4.239mv 。
已知数据及有关常数:(1)传热管内径d i (mm)及流通断面积 F (m 2). di ＝20.0(ｍｍ),＝0.0200 (ｍ);F ＝π(d i 2)／4＝3.142×(0.0200)2／4＝0.0003142( m 2).(2)传热管有效长度 L(ｍ)及传热面积s i (m 2). L ＝1.00（ｍ) s i ＝πL d i ＝3.142×1.00×0.0200＝0.06284(m 2).(3) t 1 ( ℃ )为孔板处空气的温度, 为由此值查得空气的平均密度1tρ，例如：t 1=29.8℃，查得1t ρ=1.19 Kg/m 3。
(4)传热管测量段上空气平均物性常数的确定.先算出测量段上空气的定性温度t (℃)为简化计算,取t 值为空气进口温度t 1(℃)及出口温度t 2(℃)的平均值, 即26.688.21221+=+=t t t =45.2（℃） 此查得: 测量段上空气的平均密度 ρ＝1.11 (Kg/m 3);测量段上空气的平均比热 Cp ＝1005 (J ／Kg ·K); 测量段上空气的平均导热系数 λ＝0.0279／ｍ·K); 测量段上空气的平均粘度 μ＝0.0000194(s Pa ⋅); 传热管测量段上空气的平均普兰特准数的0.4次方为:Pr 0.4＝0.6960.4＝0.865(5)空气流过测量段上平均体积V （ m 3/h ）的计算:)/(06.13)21.0(113.18)(113.1836203.06203.00h m P V t =⨯=∆⨯=18.142027320.4527306.1327327310=++⨯=++⨯=t t V V t （m 3/h ）(6)冷热流体间的平均温度差Δtm (℃)的计算:Tw= 1.2705＋23.518×4.23=100.8(℃)()()56.552.458.100221=-=+-=∆t t T t w m （℃）(7)其余计算:传热速率(W)()2063600)8.216.68(100511.118.143600=-⨯⨯⨯=∆⨯⨯⨯=t Cp V Q t tρ（W ）()60)06284.055.55/(206/=⨯=⨯∆=i m i s t Q α （W/m 2·℃） 传热准数 430279.0/0200.060/=⨯=⨯=λαi i d Nu测量段上空气的平均流速()54.12)36000003142.0/(18.143600/=⨯=⨯=F V u （m/s ）雷诺准数0000194.0/11.154.120200.0/Re ⨯⨯=⨯=μρu d i =14400 （8）作图、回归得到准数关联式4.0Pr Re m A Nu =中的系数。
（9）重复（1）-（8）步，处理强化管的实验数据。
作图、回归得到准数关联式mB Nu Re =中的系数。
40Pr 8230Re 01870...Nu =。