传热学实验指导书22页
传热学综合试验指导书
传热学综合实验指导书李长仁富丽新编写沈阳航空工业学院动力工程系2004．01实验一空气纵掠平板时参数的测定流体纵掠平板是对流换热中最典型的问题，总是被优先选作教学中对流换热的对象，是可以分析求解的最简单情况，可以籍此阐明对流换热的原理和基本概念。
本实验应用空气纵掠平板对流换热装置完成以下三个实验：1.空气纵掠平板时局部换热系数的测定；2.空气纵掠平板时流动边界层内的速度分布；3.空气纵掠平板时热边界层内的温度分布。
一空气纵掠平板时局部换热系数的测定1.实验目的1)流体纵掠平板是对流换热中最典型的问题之一，通过空气纵掠平板时局部换热系数的测定，加深对对流换热基本概念和规律的理解。
2)通过对实测数据的整理，了解局部换热系数沿平板的变化规律，分析讨论其变化原因。
3)了解实验装置的原理，学习对流换热实验研究方法和测试技术。
2.实验原理恒热流密度下，沿板长局部换热系数改变，联系着壁温沿板长也变化，因此就存在纵向导热。
同时壁温不同向外界辐射散热也不同。
为了确定对流换热系数，必须考虑纵向导热和辐射的影响。
图1微元片热平衡分析对平板上不锈钢片进行热分析，取其微元长度dx，如图1所示，在稳定情况下的热平衡：电流流过微左侧导入右侧导对流传给辐射散对板体元片的发热 + 热量 = 出的热 + 空气的热 + 失的热 + 的散热量Qδ/Q g Q cdin量Q cdout量Q cv量Q R量Q cd各项可分别写为：dx L VI dx b q Q v g ⎪⎭⎫⎝⎛=⋅⋅⋅=2δx s cdin dxdT b Q |⋅⋅⋅-=δλ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅⋅-=⋅⋅⋅-=+dx dx dT dx d dx dT b dx dT b Q s dx x s cdout δλδλ| ()bdx T T Q f x cv -=α()bdx T T Q f b R 44-=εσ0=cd Q式中： b ─片宽,m δ─片厚,m L ─平板长度,m V ─不锈片两端电压降,V I ─流过不锈钢片的电流量,Iq v ─电流产生的体积发热值λs ─不锈钢片的导热系数,w/(m •℃)T ─不锈钢片壁温,K T f ─空气来流温度,Kαx ─离板前缘x 处的局部换热系数,w/(m 2•℃) ε─不锈钢片黑度σb ─斯蒂芬波尔兹曼常数=5.67×10-8,w/(m 2·K 4) 代入微元片热平衡式后得出局部换热系数的表达式：()ff b s x T T T T dx Td bL VI ---+=44222εσδλα (1) 上式中V 、I 、T 、T f 均可由测试得到，但由于壁温T 随x 变化，只能用作图法求d 2T /dx 值。
传热学实验指导书
差和热系统中温度差的比例尺度，C= e1 − e2 ( v / °c )。当两个表面均为对流边界条件时， t1 − t2
C=
e∞1 t ∞1
− e∞2 − t∞2
(v/ °c)
，其中
e1, e2
分别为相应于外墙和内墙壁温的电势值，
e∞1, e∞ 2
为相应流体温度的电动势。也就是图中节点上的电动势。在先定比例系数后就可先定加 在电模型最外层两边界上电动势差值。利用系数可以从测得的电动势值换算相应的温度 值。
图 1-2
模拟墙角的几何尺寸为 L1 = 2.2m, L2 = 3.0m, L3 = 2.0m, L4 = 1.2m ;材料的导热系 数为 λ =0.53W\(m.K,).. 等温边界条件时，墙角外壁面温度 t1 = 30°c ，内壁面温度 t2 =0°c ；模拟墙角两端应
维持 2V 的电压差，电压、温度比例系数 c1
相应的电网络节点上的电动势方程为
ei−1, j − ei, j + ei, j−1 − ei, j + ei+1, j − ei, j + ei, j+1 − ei, j = 0 (1-4)
R1
R2
R3
R4
图 1—1
只要满足 R1 = R2 = R3 = R4 = R
的条件，式（ 1-3）和式（1-4 ）完全类似。
导热现象和导电现象之间的相似之处可以从他们的数学描写式可以看出。 在导热系统中，二维稳定导热微分方程为：
∂ 2t + ∂ 2t = 0 (1-1) ∂x 2 ∂y 2 在导电系统中，二维稳定导电微分方程为：
∂ 2e + ∂ 2e = 0 (1-2) ∂x 2 ∂y 2
《传热学》实验指导书
传热学实验指导书XX大学XX学院XX系二〇一X年X月一、导热系数的测量导热系数是反映测量热性能的物理量，导热是热交换三种基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各研究领域的课题之一。
要认识导热的本质特征，需要了解粒子物理特性，而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理实验。
材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。
因此，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类有关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。
在科学实验和工程设计中所采用材料导热系数都需要用实验方法测定。
1882年法国科学家J ·傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验是稳态平板法测量材料的导热系数。
【实验目的】1、了解热传导现象的物理过程2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数3、学习用作图法求冷却速率4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法【实验仪器】1、YBF-3导热系数测试仪 一台2、冰点补偿装置 一台3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板） 一组4、塞尺 一把5、游标卡尺（量程200mm ） 一把6、天平（量程1kg ，分辨率0.1g ） 一台【实验原理】为了测定才材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。
热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z 0，处取一个垂直截面A （如图1）以dt/dz 表示Z 处的温度梯度，以dQ/d τ表示该处的传热速率（单位时间通过截面积A 的热量），那么传导定律可表示为：()0z z dz dt d dQ A =-==Φλτ 1-1式中的负号表示热量从高温向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。
传热学实验指导书
《传热学》实验指导书热工教研室编目录实验要求 (2)实验一球体法粒状材料的导热系数的测定 (3)实验二平板法导热系数的测定 (7)实验三套管换热器液-液换热实验 (12)实验四中温辐射黑度的测定 (16)附录1 铜－康铜热电偶分度表 (22)附录2 精密数字温度温差仪使用方法 (23)实验要求1．实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解实验目的、实验原理和实验要求，做到心中有数。
2．在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到指导教师的许可，方可动用。
3．实验时应严肃认真、一丝不苟，细致地观察实验中的各种现象，并作好记录，通过实验，训练基本操作技能和培养科学的工作作风。
4．实验结束时，学生先自行检查全部实验记录，再经指导教师审阅后，方可结束实验。
5．学生实验时，如出现实验仪器损坏情况，应及时向指导教师报告。
6．按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。
实验一球体法粒状材料的导热系数的测定一、实验目的1.巩固稳定导热的基本理论，学习球体法测定物质的导热系数的实验方法；2.实验测定被测材料的导热系数λ；3. 绘制出材料导热系数λ与温度t的关系曲线。
二、实验原理加热圆球（见图1）由两个壁厚1.2毫米的大小同心圆球（1）组成。
小球内装有电加热器（2）用来产生热量。
大球内壁与小球外壁各设有三对铜-康铜热电偶（4）。
当温度达到稳定状态后，电加热器产生的热量全部通过中间的测试材料（3）传到外气。
1.大小同心球；2.电加热器；3.颗粒状试材；4.铜康铜热电偶；5.专用稳压电源；6.专用测试仪；7.底盘；8.UJ36a电位差计图1 加热圆球示意图测取小球的温度t1，t2，t3, 取其平均温度：T1=(t1+ t2+ t3)/3；测取大球的温度t4，t5, t6，取其平均温度：T2=(t4+ t5+ t6)/3；根据圆球导热公式：λ=[UI(1/ D1-1/D2)]/[2π（T1+ T2）]-----------(1); 式中：U——加热电压；I——加热电流；D1——小球直径；D2——大球直径；三、实验装置及主要技术指标实验装置YQF-1型导热系数测定仪的面板图见图2专用电源的面板图见图3图2 YQF-1型导热系数测定仪的面板图图3 专用电源的面板图1．电源开关；2．电源指示灯；3． 3.5位数显毫伏表；4．毫伏表调零电位器；5．补偿电压调节电位器；6．补偿按键；7．热电偶测量电压输出端；8．热电偶输入选择开关。
传热学实验
传热学实验指导书上海应用技术学院2009年6月前言 (1)实验一物体（耐火材料）导热系数测定 (2)实验二自然对流放热系数的测定 (5)实验三法向热辐射率测试 (12)传热学课程的课内实践共开设三个项目，实验一：物体（耐火材料）导热系数测定；稳定状态时，通过样品上表面的热流量与散热盘向周围散热的速率相等计算样品的导热量，从而测出样品的导热系数。
实验二：为自然对流放热系数的测定，通过本试验观察高温的物体在容器内引起的自然对流的现象建立起由于温差产生流体自由流动的知识，测定水自然对流时的放热系数，整理；实验三：为法向热辐射率测试，其目的培养学生三性的能力，掌握热辐射率的测试方法，了解各种物体的热辐射率（黑度）。
实验一 物体（耐火材料）导热系数测定一、 实验目的掌握物体导热系数的测定方法，了解耐火材料导热系数大小的基本情况。
二、 实验原理依据物理学家——傅里叶导热方程，在物体内部，取二个垂直于热传导方向。
彼此相距为h ，温度分别为θ1、θ2的平行面（设θ1>θ2），如果平面的面积均为S ，在δt 时间内通过面积S 的热量δQ 满足下述表达式。
2212121)()(:2R htm C S h t Q hS t Q⋅⋅-⨯∆∆⋅⋅=⋅-=-⋅⋅==πθθθθθδδλθθλδδθθ则三、 仪器名称导热系数测定 称重天平游标尺、千分卡尺 冰水混合物图1 导热系数测定仪四、 安装步骤1.将样品放在加热盘和散热盘中间，然后固定；调节底部的三个微调螺母，使样品与加热盘、散热盘接触良好。
2.将热电偶的两个插头插在表盘的测2上把冷端放在装有冰水混合物的杜瓦瓶内的细玻璃管中，热端插在散热盘的小插孔上；将热电偶的两个插头插在表盘的测1上把冷端放在装有冰水混合物的杜瓦瓶内的细玻璃管中，热端插在加热盘的小插孔上。
3.插好加热板的电源插头；再将Q9线的一端与数字电压表相连，另一端插在表盘的中间位置。
4.最后，分别接好导热系数测定仪、数字电压表的电源。
传热学实验指导书最终版
(1-5)
λ
t
λ
t
λm
λ
m
图 1-1λ=f(t)关系曲线
t dx xδ
图 1-2 平板内的一维导热过程
因此，只要创建一定的条件，使平板试件内维持一维稳态温度场，并测出δ、F、Q、t1 和 t2 等值，则可由式（1-5）求得 tm 下的导热系数λm。
根据不同温度条件下所确定的导热系数 λt 与对应的平均温度 t 就可以根据式（1-2）求得 λ0 和 b 之值，从而可确定λ-t 关系曲线。
(2-2)
式中 R — 过热温度，以 t0 为基准。
例如，t1 时刻离表面距离为δ1 的点的过余温度θδ1,t1=tδ1,t1-t2，见图 2-1
q — 热流速度，m./s2，
λ — 导热系数，w/(m·℃)
在式（2-2）的条件下，求解式（2-1）得：
θ x,τ
=
2q λ
atiθrfc( x ) 2 at
三、实验装置及测量仪表
平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图 1-3 所示。试材 3 做成二块方形平板。尺寸为
冷却水
4 3
3
辅助加热器跟踪
4
稳压电源 调压装置
tw3 热电偶导线
tw1
1
2
tw2
tw4 5
220V
电位差计
6
图 1-3 平板导热仪系统图 1、主加热器 2、辅加热器 3、平板试件 4、水冷却器 5、热电偶测温开关 6、冰点瓶
各热电偶点与转换按钮联接，可直接在直流数字电压表上读数。读出电压表上电压及电流 表上的电流；然后计算求得电功率。
四、实验步骤：
将试材装置于烘箱中作干燥处理，然后将试材装入设备中。试材二表面应加工平整，并与 加热铜板及冷板紧密相贴，不允许有空气间隙。如果试材表面不够平整，可在试材和铜板间撒 上同样材料的粉末或者涂上一薄层凡士林，以求接触良好。试材安装好后便可开始进行试验。
传热实验指导
实验一 传热实验一、实验目的1、学习总传热系数及对流传热系数的测定方法；2、利用测定的对流传热系数，检验通用的给热准数关联式；3、应用传热学的概念和原理去分析强化传热过程等问题。
二、实验任务测定空气在圆形光滑直管中作湍流流动时对流传热准数关联式。
三、实验原理1、无相变时，流体在圆形直管中强制对流时的给热系数（亦称对流传热系数）的关联式为（1）λαd Nu =对空气而言，在较大的温度和压力范围内Pr 准数实际上保持不变，取Pr=0.7。
因流体被加热，故取b ＝0.4，Prb 为一常数，则上式可简化为：（） （2）将上式两边取对数得：(3)上式中～作图为一直线。
实验中改变空气的流速以改变值，同时根据牛顿冷却定律求出不同流速下的给热系数a ，得出数Nu 和数Re 之间的函数关系，由式（3）确定出式中的系数A 与指数a 。
2、根据传热速率方程：m t KS Q ∆=当管壁很薄时，可近似当成平壁处理。
且由于管壁材料为黄铜，导热系数大，可以忽略管壁传导热阻。
又因为在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。
o i 《αα因此， 对流传热系数i α≈K 。
im i S t Q ⨯∆=α （4）式中：i α—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)； Q —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2；m t ∆—内壁面与流体间的温差，℃。
3、在套管换热器中传热达稳定后，根据牛顿冷却定律和热衡算式有如下的关系： )(12t t Cp W Q m m -= （6） 其中质量流量由下式求得：3600m m m V W ρ=式中：Q ：传热速率, W ； Vm ：空气的体积流量, m3/s ；ρm ：空气的密度, kg/m3； ：空气的平均比热, J/kg× ℃；t1：空气的进口温度, ℃； t2：空气的出口温度, ℃； Δtm ：内管管壁与空气温差的对数平均值（5）式中T 为内管管壁的温度, ℃。
t 1，t 2 —空气的入口、出口温度，℃；管内换热面积： i i L d S π= （7） 式中：d i —内管管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。
传热学实验指导书
《传热学》实验指导书工程热物理教研室编华北电力大学（北京）二00六年九月前言1．实验总体目标通过本实验，加深学生对传热学基本原理的理解，掌握相关的测量方法，熟练使用相关的测量仪表，培养学生分析问题、解决问题的能力。
⒉适用专业热能与动力工程、建筑环境与设备工程、核科学与核工程⒊先修课程高等数学、大学物理⒋实验课时分配⒌实验环境（对实验室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求）实验用器材及水电等齐全，布局合理，实验台满足2～3人一组，能够满足实验的要求。
在醒目的地方有实验原理的说明，便于教师讲解及学生熟悉实验的基本原理和方法。
⒍实验总体要求每一学期前两周下达实验教学任务，实验教师按照实验任务准备相应的实验设备，实验期间要求学生严格遵守实验室的各项规章制度。
学生要提前预习实验内容，完成实验后按照规定格式写好实验报告，交给实验指导教师，实验指导教师根据实验课上的表现和实验报告给出成绩评定结果。
⒎本实验的重点、难点及教学方法建议传热学实验的重点是非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验、强迫对流单管外放热系数测定试验、热管换热器实验，这三个实验都是综合性实验，涉及到传热学的导热基本理论，单相对流换热，热边界层理论，相变换热理论，相似原理等方面的内容，实验仪器涉及到热电耦的使用及补偿方法，比托管的使用，电位差计的使用等等，需要学生对传热学的基本内容和基本概念有清楚的了解。
难点是准稳态法测量材料的热性能实验时的测量时间不好把握，单管外放热系数实验中实验数据的整理中存在着一些技巧，另外如何调节热管的加热功率使之得到更好的热管性能曲线也存在一些技巧。
教学方法：学生提前预习，做实验之前老师提问；学生仔细观察指导教师的演示；实验室对学生开放，一次没有做成功，或者想更好地掌握实验技巧的学生，可以跟指导教师预约时间另做。
目录实验一、非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验 (3)实验二强迫对流单管外放热系数测定试验 (7)实验三热管换热器实验 (13)实验一非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验一、实验目的1．了解准稳态法测量绝热材料导热系数、比热容的基本原理和构思。
传热实训实操作指导书
化工单元实训装置系列之传热单元操作实训装置实训操作指导书杭州言实科技有限公司2010.10目录一：前言 (3)二、实训目的 (4)三、实训原理 (4)（一）数据计算 (4)（二）绘制热性能曲线，并作比较 (5)四、传热单元操作实训装置介绍 (5)（一）装置介绍 (5)（二）换热器结构 (6)1、套管式换热器 (6)2、管壳式换热器（列管换热器） (6)3、板式换热器 (7)（三）工艺流程 (8)1、实训设备配置 (10)2、仪表及控制系统一览表 (12)3、能耗一览表 (13)五、实训步骤 (14)(一) 开机准备 (14)(二) 正常开机 (14)(三) 正常关机 (19)(四) 正常关机（按下表记录实验数据） (20)一：前言职业教育的根本是培养有较强实际动手能力和职业精神的技能型人才，而实训设备是培养这种能力的关键环节。
传统的实验设备更多是验证实验原理，缺乏对学生实际动手能力的培养，更无法实现生产现场的模拟，故障的发现，分析，处理能力等综合素质的培养。
为了实现职业技术人才的培养，必须建立现代化的实训基地，具有现代工厂情景的实训设备。
本传热实训装置把化工技术、自动化技术、网络通讯技术、数据处理等最新的成果揉合在了一起，实现了工厂模拟现场化、故障模拟、故障报警、网络采集、网络控制等培训任务。
按照“工学结合、校企合作”的人才培养模式，以典型的化工生产过程为载体，以液——液传质分离任务为导向，以岗位操作技能为目标，真正做到学中做、做中学，形成“教、学、做、训、考”一体化的教学模式。
以任务驱动、项目导向、学做合一的教学方法构建课程体系，开发设计传热操作技能训练装置。
本传热实训装置具有以下特点：课程体系模块化；实训内容任务化；技能操作岗位化；安全操作规范化；考核方案标准化；职业素养文明化。
二、实训目的1)了解换热器换热的原理、认识各种传热设备的结构和特点、了解流化床的工作流程；2)认识传热装置流程及各传感检测的位置、作用，各显示仪表的作用等；3)掌握传热设备的基本操作、调节方法、了解影响传热的主要影响因素；4)掌握换热系数k计算方法及意义；5)了解逆流、顺流对换热效果的影响；6)了解档流板的作用及强化传热的途径；7)学会做好开车前的准备工作；8)正常开车，按要求操作调节到指定数值；9)能正确使用设备、仪表，及时进行设备、仪器、仪表的维护与保养；10)能掌握现代信息技术管理能力，应用计算机对现场数据进行采集、监控；11)正确填写生产记录，及时分析各种数据；12)正常停车；13)了解掌握工业现场生产安全知识。
传热学综合性实验指导书
《传热学》实验指导书广东工业大学材料与能源学院二００六年七月印刷实验指导书实验项目名称：三种传热方式性能参数的综合测定 实验项目性质：专业基础课实验（综合性实验） 所属课程名称：传热学 实验计划学时：4一、 实验目的1．熟悉在稳定热流条件下，用平板法测定导热系数的方法。
2．掌握在不同温度条件下，试材导热系数的测定。
3．了解确定导热系数与温度的变化关系。
4．了解对流换热的实验研究方法。
5．测定空气横向流动管簇表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准则方程式。
6．学习测量风速、温度、热量的基本技能。
7．熟悉物体辐射黑度的概念，掌握物体辐射黑度的测定。
二、 实验内容和要求实验测试内容分三部分进行，分别为平板法测定材料的导热系数、强迫对流管簇管外换热系数测定及中温物体辐射黑度测定。
1．第一部分测试内容－平板法测定材料的导热系数平板法是应用一维稳定导热过程的基本原理，测定绝热材料导热系数的实验测定方法之一。
本装置由的中心为一发热板，通电后发出热量Q=IV （W ）向两侧导热，如测得中心发热板和两侧冷板之间的温差t ∆，又已知试材厚度δ和试材的传热面积F F ，则可得试材的导热系数：t F VI ∆=2/δλ。
本实验装置由实验装置本体1～5，硅整流电源6，转换开关7，电位差计8等组成，见附图一所示。
热源板见附图二所示，为两块180×180mm 直接通电的薄膜发热板对称复合而成（可以视为均匀板），每块板对称复合而成可以分成9个60×60mm 的发热区。
以中心部位为测试区。
其余部分为保证一维导热的辅助加热区。
在热源板上装有铜—康铜电偶，以测出其温度。
冷侧均温板为附有二平行布置的蛇形冷却管的铜板。
二蛇形管内水流方向相反，以使冷侧板温度分布均匀。
在板上装有铜—康铜热电偶，以测出该处温度。
所有热电偶的电势、中心热源板的电压、通过标准电阻的电压降，都经过转换开关后由电位差计测量。
线路见附图三。
传热学综合性实验指导书
《传热学》实验指导书黄金张国庆广东工业大学材料与能源学院实验指导书实验项目名称：两种传热方式性能参数的综合测定 实验项目性质：专业基础课实验（综合性实验） 所属课程名称：传热学 实验计划学时：4一、 实验目的1．熟悉在稳定热流条件下，用平板法测定导热系数的方法。
2．掌握在不同温度条件下，试材导热系数的测定。
3．了解确定导热系数与温度的变化关系。
4．了解对流换热的实验研究方法。
5．测定空气横向流动管簇表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准则方程式。
6．学习测量风速、温度、热量的基本技能。
二、 实验内容和要求实验测试内容分两部分进行，分别为平板法测定材料的导热系数、强迫对流管簇管外换热系数测定及中温物体辐射黑度测定。
1．第一部分测试内容－平板法测定材料的导热系数平板法是应用一维稳定导热过程的基本原理，测定绝热材料导热系数的实验测定方法之一。
本装置由的中心为一发热板，通电后发出热量Q=IV （W ）向两侧导热，如测得中心发热板和两侧冷板之间的温差t ∆，又已知试材厚度δ和试材的传热面积F F ，则可得试材的导热系数：t F VI ∆=2/δλ。
本实验装置由实验装置本体1～5，硅整流电源6，转换开关7，电位差计8等组成，见附图一所示。
热源板见附图二所示，为两块180×180mm 直接通电的薄膜发热板对称复合而成（可以视为均匀板），每块板对称复合而成可以分成9个60×60mm 的发热区。
以中心部位为测试区。
其余部分为保证一维导热的辅助加热区。
在热源板上装有铜—康铜电偶，以测出其温度。
冷侧均温板为附有二平行布置的蛇形冷却管的铜板。
二蛇形管内水流方向相反，以使冷侧板温度分布均匀。
在板上装有铜—康铜热电偶，以测出该处温度。
所有热电偶的电势、中心热源板的电压、通过标准电阻的电压降，都经过转换开关后由电位差计测量。
线路见附图三。
表1列出转换开关位置相对应的测量值。
热电偶冷端放于冰水瓶中。
传热学实验指导书
传热学实验指导书材料与冶金学院工程热物理实验室二O一一年六月三日实验1 平板法测定绝热材料导热系数实验一、实验目的1. 巩固稳态导热的基本理论；2. 掌握测定导热系数的平板稳态导热法；3. 测定保温材料的导热系数及随温度变化的关系。
二、实验原理导热系数是衡量物质导热能力的重要指标，其值与材料的几何形状无关，而与材料的成分、内部结构、密度和温度等有关。
在温度变化不大的范围内，对大多数材料可以认为其导热系数与温度成线性关系，如()λλ=+01bt (6-1-1)式中 λ0—材料在0℃时的导热系数，[W/m ⋅℃]； b —实验常数，取决于材料的性质； t —导热材料的温度，[℃]。
本实验采用平板稳态导热法测定材料的导热系数，其导热为一维稳态导热，如图1所示。
若用平壁的热面与冷面的平均温度()t t h c +2代入式（6-1-1）中的t ，则所得的导热系数就是在此温度范围内的平均导热系数⎺，即图1 通过平板的导热λλλ=++=+00121[()]()b t t bt h c(6-1-2) 另一方面，根据傅里叶定律，面积为F 的平壁的导热量Q 可表示为：Q t x F bt dtdxF =-=-+λ∂∂λ01() (6-1-3) 分离变量后积分，并整理得Q b t t t tFt tF h c h c h c=++-=-λδλδ12[()] (6-1-4)或⎺λ=QF t th cδ()-(6-1-4a)式中Q—导热量，[W]；δ—平壁壁厚，[m]；F—导热壁的计算面积，[m2]；t th c,—平壁的热面和冷面的温度，[℃]。
在实验中，δ和F是已知的，可见只要测定Q、th 和tc，就可确定平均导热系数λ。
测出不同平均温度t所对应的平均导热系数λ，就可确定λ和t 的关系曲线。
三、实验装置及本实验的导热系数计算式本实验装置是由两部分组成：1.炉体部分；2.测量和控制部分。
实验装置简图如图2所示。
本实验装置为具有主、辅两个加热器，采用双试件双冷却器进行测定材料的导热系数。
传热、传质综合实验指导书
1. 裸管和绝热管传热实验一、实验目的蒸汽管道置于空间时，管表面由于自然对流和热辐射向周围空间散发出热量。
这种传热现象造成蒸汽输送管道的热损失，反之，在日常生活中的暖气设备却利用这种传热过程进行室内取暖。
前者为了减少热损失，应尽量抑制传热过程；后者却需设法强化这种热量传递过程。
研究蒸汽管道向周围无限空间的热量传递过程，有着很大的实际意义。
无论在理论上或实验上，许多学者都进行过大量的研究。
但是，对这种传热过程规律性的认识，主要还是依靠实验研究。
为了抑制蒸汽管道的热损失，需研究各种绝热保温的方法和绝热性能良好的保温材料，这种研究也是基于实验观察和测量。
本实验采用一组垂直安装的蒸汽管，其中有裸蒸汽管、固体材料保温的蒸汽管和空气或真空夹层保温的蒸汽管，实验测定这三种蒸汽管的热损失速度、裸蒸汽管向周围无限空间的给热系数、固体保温材料的导热系数和空气（或真空）夹层保温管的等效导热系数。
通过实验加深对传热过程基本原理的理解，进而掌握解决机理复杂的传热过程的实验研究和数据处理方法。
二、实验原理1．裸蒸汽管如图1所示，当蒸汽管外壁温度T w 高于周围空间温度T a 时，管外壁将以对流和辐射两种方式向周围空间传递热量。
在周围空间无强制对流的状况下，当传热过程达到定常状态时，管外壁以对流方式给出热量的速率为Q c = αc A w (T w －T a ) (1) 式中：A w — 裸蒸汽管外壁总给热面积，m 2；αc － 管外壁向周围无限空间自然对流时的给热系数，W · m – 2 · K – 1。
管外壁以辐射方式给出热量的速率为 ])100()100[(4a 4w w R T T A C Q -=ϕ (2)式中：C － 总辐射系数； φ － 角系数。
若将(2)式表达为与(1)式类同的形式，则(2)式可改写为Q R = αR A w (T w －T a ) (3)图1 裸蒸汽管外壁向空间给热的温度分布对比(2)(3)两式可得aw 4a4wR ])100()100[(T T T T C --=ϕα (4)式中αR 称为管外壁向周围无向空间辐射的给热系数，W · m – 2· K – 1。
《传热学》课程实验指导书
《传热学》课程实验指导书袁守利编汽车工程学院2013年10月前言1.实验总体目标、任务与要求培养本科生对涉及到热传播现象的工程问题进行实验研究的兴趣，并能对实验技术、数据采集系统、基本数据处理方法有所了解。
学习实验研究和整理实验数据的理论基础及其应用于传热实验的基本技能；初步掌握测温、测热、测流量的基本方法。
2.适用专业热能与动力工程3.先修课程《传热学》相关章节。
4.实验项目与学时分配5. 实验改革与特色根据实验内容和现有实验条件，在实验过程中，采取学生自己动手和教师演示相结合的方法，力求达到较好的实验效果。
实验一 稳态球体法测粒状材料的导热系数球体法测材料的导热系数是基于等厚度球状壁的一维稳态导热过程，它特别适用于粒状松散材料。
球体导热仪的构造依球体冷却的不同可分为空气自由流动冷却和恒温液体强制冷却两种。
本实验属后一种恒温水冷却液套球体方式。
一、实验原理图1所示球壁的内径直径分别为d 1和d 2（半径为r 1和r 2）。
设球壁的内外表面温度分别维持为t 1和t 2，并稳定不变。
将傅里叶导热定律应用于此球壁的导热过程，得dr dtF Q λ-=drdt r 24πλ∙-= W （1）边界条件为r=r 1 t=t 1r=r 2 t=t 2 图 1原理图由于在不太大的温度范围内，大多数工程材料的导热系数随温度的变化可按直线关系处理，对式（1）积分并代入边界条件，得)(2121t t d d Q m -=δλπ W （2）或 )(2121t t d d Q m -=πδλ W/m ·℃ （3）式中 δ——球壁之间材料厚度，δ=（d 2-d 1）/2，m ；λm ——t m =(t 1+t 2)/2时球壁之间材料的导热系数。
因此，实验时应测出内外球壁的温度t 1和t 2，然后可由式（3）得出t m 时材料的导热系数λm 。
测定不同t m 下的λm 值，就可获得导热系数随温度变化的关系式。
二、实验设备导热仪本体结构及量测系统示意图如图2所示。
传热学试验指导书
3.稳态双平板法测量非金属的导热系数一、实验目的1．巩固导热理论知识，了解建立较严格的一维稳态导热的实际方法。
2．用稳态双平板法测定非金属材料的导热系数，确定导热系数与温度之间的关系：0(1)btλλ=+或A Btλ=+。
3．学习实际问题的实验研究方法和有关测试技术。
二、实验装置本实验装置主要包括实验本体、电源、恒温水浴和测试系统。
图3.1 实验装置原理示意图实验本体为对称的双平板结构，本体中央为圆形主加热器及其周围的环形辅助加热器，由电阻带均匀绕成的薄片型电热器。
主、辅加热器共平面，之间有一个小的环形隔缝。
在主、辅加热器两侧，各放置由导热系数较大的黄铜做成的方形主均热板和方形辅助均热板，主、辅均热板同厚度共平面，二者之间有5mm的方形隔缝。
两块边长等于辅助均热板边长的等厚度的同种试件分别置于两侧的均热板上。
并在每块试材另一面各安置一个方形冷却器，最后用机械方法从两个方向将它们压紧以减小存在于各交界面上的接触热阻。
冷却器内有盘旋形小槽，恒温水在其中沿槽盘旋流动，使试件的冷却面温度均匀一致。
超级恒温水浴向两个冷却器并联供给恒温水，使得两块试材的冷却面等温。
由双路直流稳压器分别对主、辅加热器单独供电。
在实验时，对于已设定的主加热器功率，可以调节辅助加热器的功率，使得在热稳定时主、辅均热板间的隔缝在径向上无温差，这意味着它们之间无热量传递，主均热板表面是等温面，以主加热器功率的一半对试件的中央部分供应一维导热热流。
这样就达到了实验原理的要求。
必须特别指出，试件的厚度不宜过大，否则，由于试件侧向散热及其径向温度梯度引起的径向导热，使得主均热板和冷却器间的试件内各等温面不再是互相平行的平面，不能满足一维导热实验原理的要求。
为了减少实验本体的侧面散热，其周围被良好保温。
在主、辅均热板面和冷却器冷却面内共埋设8对镍铬—镍硅热电偶。
通过多点切换开关由电位差计测量各热电偶的输出热电势，查表确定各点温度。
三、实验原理双平板法是以无限大平板的导热规律为基础。
《传热学》实验指导书
XX学院实验指导书课程编号：课程名称：传热学实验学时： 6 适用专业：能源与动力工程制定人：制（修）订时间： 2020年8月专业负责人审核：专业建设工作组审核：2020年8月实验纪律要求1.请按照时间安排准时进入实验室。
2.请不要带入与实验无关的各类用具及杂物。
请保持安静、整洁的实验环境。
3.请自觉遵守实验室的各项规章制度，听从实验室管理人员和教师的安排。
4.实验过程中设备出现故障时，请不要擅自处理，并请立即报告实验室管理人员。
5.实验完毕时，请按指定位置摆放实验物品，把工作凳排列整齐，有序地离开实验室。
6.学生操作实验过程中，请不要随意更换实验配置，坚决杜绝盗取配件等行为。
7.请爱护实验室的各种设备。
第一部分实验大纲一、实验教学目的与基本要求通过《传热学》实验，使学生掌握基本操作技能，增强感性认识，加深对基本概念的理解、学会整理、分析实验数据的方法，为今后专业学习和从事科学研究奠定良好基础。
要求：(1）了解实验装置，熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法；(2）掌握实验基本原理、实验装置结构，学会使用实验仪器与设备；(3）通过测定空气横掠单管时的表面传热系数，掌握将实验数据整理成准则方程式的方法。
(4）掌握对数据进行处理和误差分析的方法。
二、实验课程内容与学时分配三、主要仪器设备四、实验报告与考核方式1．实验报告每个实验均撰写实验报告，实验报告按统一格式，采用统一的报告纸、统一的原始数据记录纸。
报告内容包括：实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容及简要步骤、数据处理、讨论与小结、原始记录单。
学生要认真书写，字迹整洁、清晰。
2．考核方式（1）实验课程的考核方式：考试以笔试或操作等形式进行；（2）实验课考核成绩按百分制评定，实验考核由实验出勤、实验操作和实验报告组成。
某个实验未出勤则不得分。
在实验出勤的前提下，单个实验得分=实验操作得分×50% + 实验报告得分×50%。
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[实验一]用球体法测定粒状材料的导热系数一、实验目的1、巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的热导率的方法。
2、确定热导率和温度之间的函数关系。
二、实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为W/(m ·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。
对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。
各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。
球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。
设有一空心球体，若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶导热定律：drdtr dr dt Aλπλφ24-=-= （1） 边界条件2211t t r r t t r r ====时时 （2）1、若λ= 常数，则由（1）（2）式求得122121122121)(2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W])(2)(212112t t d d d d --=πφλ [W/(m ·K)] (3)2、若λ≠ 常数，（1）式变为drdtt r )(42λπφ-= （4） 由（4）式，得将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得)()(4121222121t t t t dtt r dr t t r r ---=⎰⎰λπφ (5) 式中1221)(t t dtt t t -⎰λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值，用m λ表示即1221)(t t dtt t t m -=⎰λλ，工程计算中，材料的热导率对温度的依变关系一般按线性关系处理，即)1(0bt +=λλ。
因此，)](21[)1(21012021t t bt t dtbt t t m ++=-+=⎰λλλ。
这时，(5)式变为)(2)(4)(21211222121t t d d d d r drt t r r m --=-=⎰πφπφλ [W/(m ·K)] （6） 式中，m λ为实验材料在平均温度)(2121t t t m +=下的热导率， φ为稳态时球体壁面的导热量，21t t 、分别为内外球壁的温度， 21d d 、分别为球壁的内外直径。
实验时，应测出21t t 、和φ，并测出21d d 、，然后由（3）或（6）得出m λ。
如果需要求得λ和t 之间的变化关系，则必须测定不同m t 下的m λ值，由)1()1(202101m m m m bt bt +=+=λλλλ （7）可求的b 、0λ值，得出λ和t 之间的关系式)1(0bt +=λλ。
三、实验设备导热仪本体结构和测量系统如图1-1所示。
本体有两个很薄的铜制同心球壳1和2组成。
内球壳外径为d1，外球壳外径为d2，在两球壳之间均匀填满粒状材料（如砂子、珍珠岩、石棉灰等）。
内壳中装有电加热器，它产图1-1 导热仪本体结构和测量系统1．内球壳 2．外球壳 3．电加热器 4．热电偶 5．转换开关 6．冰点保温瓶 7．电位差计 8．调压变压器 9．电压表 10．电流表生的热量将通过粒状材料导至外壳，为使内外球壳同心，两球之间有支撑杆。
由试料导出的热量从外壳表面以自然对流的方式由空气带走，球外商部和下部的空气流动情况不同，外球表面温度分布不均匀，因此在内外球壳的表面上各埋置3~6个对热电偶，用来测量内外球壳的温度，并取其平均值作为球壁的表面温度。
球内试料应力求松紧均匀，填满空间，室温应尽量保持不变，避免日光直射球壳，应防止人员走动、风等对球壳表面空气自由流动的干扰，以便使外球壳的自然对流放热状态稳定，这样才能在试料内建立一维稳态温度场。
四、实验步骤1、将试料烘干，并根据给定的被测材料的容量，算出仪器内所需装填的试料重量，然后均匀的装入球内；2、将所有仪器仪表按图1-1接好，并经指导教师检查；3、接通电源，用调压变压器将电压调到一定的数值并保持不变，观察各项测量数据的变化情况；4、当各项数据基本不随时间变化时，说明系统已达稳定状态，开始测量并记录，每隔5分钟测一次，并测3次；5、整理数据，选取一组数据，代入计算式，计算值m λ；6、改变电加热器的电压，即改变热流，使它维持在另一数值上，当达到新的稳态后，重复步骤4和5，得到新的m λ值。
利用两种情况下的m λ值，由（7）式求得b 、0λ值，得出λ和t 之间的关系式)1(0bt +=λλ。
五、实验报告要求1、画出实验装置系统简图；2、实验过程中所测量的原始数据记录3、实验表格和计算结果4、实验结果的误差分析和讨论六、思考题1、试料填充的不均匀所产生的影响是什么？2、内外球壳不同心所产生的影响是什么？3、室内空气不平静会产生什么影响？4、怎样判断、检验球体导热过程已达到稳态？5、怎样按测得的数据，计算圆球表面自然对流换热系数？6、球体导热仪从开始加热到热稳态所需时间取决于哪些因素？[试验二]空气外掠单管管外放热系数的测定一、实验目的1、了解对流放热的实验研究方法。
2、测定空气横向流过单管表面时的平均放热系数h ，并将试验数据整理成准则方程式，加深对相似理论的理解。
３、学习测量风速、温度和热量的基本技能。
二、实验原理根据相似理论，流体受迫外掠物体时的放热系数h 与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列准则方程式描述：实验研究表明，流体横掠单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式 式中：c 、n 、m 均为常数，由实验确定， 上述各准则中d 为实验管外径，作定性尺寸[m]u 为流体流过实验管外最窄面处流速[m/s] λ为流体的热导率[W/(m ·K)]a 为流体的导温系数[m 2/s]ν为流体运动黏度[m 2/s]定性温度用流体边界层的平均温度)(21f w m t t t +=，鉴于实验中流体为空气，7.0Pr =，故准则式可化为n C Nu Re =本实验的任务在于确定C 与n 的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关数据：电流I 、电压V 、管壁温度t w 、空气温度f t 、微压计动压头h 。
至于a 、ω在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关资料中查得。
得到一组数据后，可得一组Re 、Nu 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得到一组Re 、Nu 值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
三、实验设备本对流实验在一实验风洞中进行。
实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、倾斜式微压计、比托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压图2-1 实验风洞简图1.双扭曲线进网口2.蜂窝器3.整流金属网4. 第一测试段5.实验段6.第二测试段7. 收缩段8.测速段9.橡皮连接管 10.风机 11.皮托管器组成。
风洞本体如图2-1所示：由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。
比托管置于测速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。
风量由风机出口挡板调节。
实验风洞中安装了一根实验管，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四对热电偶以侧壁温。
四、实验步骤1.将比托管与微压计连好、校正零点；连接热电偶与电位差计，再将加热器、电流表、电压表以及调压变压器线路连接好，指导老师检查确认无误后，准备启动风机。
2.在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。
3.在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热实验管，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势在3分钟内保持读数不变，即可认为已经达到稳定状态）后，开始记录热电势、电流、电压、空气进出口温度及微压计的读数，所加电压不得超过180V 。
4. 在一定热负荷下，通过调整风量来改变e R 数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压头，空气进、出口温度以及电位差计的读数，即为不同风速下，同一负荷的实验数据。
5.不同热负荷条件下的实验，仅需要利用调压器改变电加热器功率，重复上述实验步骤即可。
6.实验完毕，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再停止风机。
五、实验数据的整理计算1.壁面平均放热系数α电加热器所产生的总热量Q ，除以对流方式由管路传给空气外，还有一部分是以 射方式传出去的，对流放热量为c Q 为Q τ—辐射换热量；ε—试管表面黑度；7.0~6.0=ε0C —绝对黑体辐射系数；67.50=Cw T —管壁面的平均绝对温度； f T —流体的平均温度；F —管表面积。
根据牛顿公式，壁面平均对流放热系数为： 2．空气流速的计算采用毕托管在测速截面中心点进行测量，由于实验风洞测速分布均匀，因此不必进行截面速度不均匀的修正。
若采用倾斜式微压计测得的动压头为 h ，则由能量方程式:02221+=+空空γρωγρg 而 h ）（空酒γγρρ-=-12 式中：酒ρ—微压计酒精的密度；331081.0m kg ⨯=ρ空ρ—空气的密度，根据空气的平均温度，可在有关书中查得；h —动压头，用液柱高表示。
由上式计算所得的流速式测速截面处的流速，而准则式中的流速W 是指流体流过实验管最窄截面的流速，由连续性方程：式中：测F 测速处流道截面积；][m 2试F 放试管处流道截面积；][m 2 L 实验管有效管长；=L d 实验管外径； =d n 实验管数；=n测W 测速处流体流速；]s m [ 试W 实验管截面处流速；]s m [3．确定准则方程式：将数据代入，得到准则数，即可在um N 为纵坐标，以em R 为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连接起来，因：为直线的截距， n 为直线的斜率，取直线上的两点，即可得出具体的准则方程式nC Nu Re =六、实验报告要求1． 实验原理2． 实验原始数据，数据整理； 3． 做出nC Nu Re = 图线 4． 误差分析七、思考题1、以本实验为例，试讨论相似理论在对流换热实验研究中的应用。
2、为什么本实验可认为风道壁温，等于流体温度，并用流体温度来计算辐射换热量？3、标绘测速断面速度分布图，并进行分析。
4、本实验中的实验管，其边界条件属于常热流边界条件，还是常壁温边界条件？[实验三] 空气沿横管表面自由流动的放热一、实验目的和要求1． 了解空气沿管表面自由放热的实验方法，巩固课堂上学过的知识； 2． 测定单管的自由运动放热系数α；3． 根据对自由运动放热的相似分析，整理出准则方程式。
二、实验原理对铜管进行电加热，热量应是以对流和辐射两种方式来散发的，所以对换热量为总热量与辐射换热量之差，即：τQ — 辐射换热量； c Q — 对流换热量；ε— 试管表面黑度；0C — 黑体的辐射系数； w t — 管壁平均温度； f t — 室内空气温度；α— 自由运动放热系数；根据相似理论，对于自由对流放热，努谢尔特数Nu ，是葛拉晓夫数Gr 、普朗特数Pr 的函数即：可表示成nGr c Nu Pr)(∙=其中n c ,是通过实验所确定的常数，为了确定上述关系式的具体形式，根据测量数据计算结果求得准则数：物性参数由定性温度从教科书中查出。