12固体小球对流传热系数的测定讲解
固体小球传热实验
一、实验项目的来源与技术背景
来源与背景
应用价值： 化工生产中的换热器，冷凝器，暖气片，电子
元器件散热，宇航材料隔热以及建筑材料保温等。
一、实验项目的来源与技术背景
来源与背景
二、实验原理
实验原理 根据热平衡原理，球体热量随时间的变化应等
于通过对流换热向周围环境的散热速率。
－CV
dT dt
AT
8
计； 4、5、6、9–管路调节阀
13
2
35
1ห้องสมุดไป่ตู้
7–沙粒床层反应器；8–带嵌装热 7
电偶的钢球；10–温度记录仪； 6
11–钢球移动轨迹； 12–电加热炉 4
控制器；13–管式加热炉
二、实验原理
实验原理
图2 实验计算机控制界面流程图
二、实验原理
实验原理
图2 固体小球对流传热实验装置图
三、实验操作技巧与难点 实验步骤如下：
热量传递的方式：导热，对流和辐射。
对流传热系数——表征传热过程强烈程度的指标。
理论上：
h流化床> h固定床> h强制对流> h 自然对流
一、实验项目的来源与技术背景
来源与背景
非定常导热过程简化处理——集总参数法 条件： 小球体积尽量小，忽略其内部热阻，将小球看作 均一的来处理。
一、实验项目的来源与技术背景
技巧与难点
1）开启设备总电源，打开计算机操作界面，开启管 式加热炉电源并输入加温预热的预设值。温度应控 制400-500度之间。温度太高会引入热辐射，造成 测量误差。另外也容易损坏铜球及热电偶；而温度 太低，温差较小，易产生系统误差。
三、实验操作技巧与难点
技巧与难点
2）应快速将加热小球置于不同的环境中进行实验， 以免造成计算机温度采集的读数误差。
【2017年整理】实验五对流传热系数
实验五对流传热系数的测定一、实验目的1．学会对流传热系数的测定方法。
2．测定空气在圆形直管内(或螺旋槽管内)的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关联式，以检验通用的对流传热准数关联式。
3．了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。
二、实验内容测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进、出口温度，求得空气在管内的对流传热系数。
三、基本原理1．准数关联式对流传热系数是研究传热过程及换热器性能的一个很重要的参数。
在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。
由传热速率方程式知，单位时间、单位传热面所传递的热量为q=K(T-t) （5—1）而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示q=αh·(T-T w1) （5—2）或q=αc·(t w2-t) （5—3）式中q———传热量，W/m2；α———给热系数，W/m2·T———热流体温度，℃；t———冷流体温度，℃；T w1、t w2———热、冷流体侧的壁温，℃；下标：c——冷侧h——热侧。
由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各影响因素与对流传热系数的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方程。
在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系的变化规律可用如下准数关联式表示N u=CR e m P r n(5—4)Ndu=αλ(5—5)R du dw A e ==ρμμ(5—6) 式中 N u ———努塞尔特准数；R e ———雷诺准数；P r ———普兰特准数；w ———空气的质量流量， Kg /s ；d ———热管内径， m ；A ———换热管截面积， m 2；μ———定性温度下空气的粘度， Pa ·S ；λ———定性温度下空气的导热系数， W /(m ·℃)；α———对流传热系数， W /(m 2·℃)。
12固体小球对流传热系数的测定讲解
固体小球对流传热系数的测定A 实验目的工程上经常遇到凭藉流体宏观运动将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程， 此过程通称为对流传热(或对流给热)。
显然流体的物性以及流体的流动状态还有周围的环境都会影响对流传热。
了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重要的实际意义。
通过本实验可达到下列目的：(1) 测定不同环境与小钢球之间的对流传热系数，并对所得结果进行比较。
(2) 了解非定常态导热的特点以及毕奥准数( Bi )的物理意义。
(3)熟悉流化床和固定床的操作特点。
B 实验原理自然界和工程上，热量传递的机理有传导、 对流和辐射。
传热时可能有几种机理同时存 在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。
当物体中有温差存在时，热量将由高温处向低温处传递，物质的导热性主要是分子传递现象 的表现。
通过对导热的研究，傅立叶提出:-JT式中：一一-y 方向上的温度梯度 K/mldy上式称为傅立叶定律， 表明导热通量与温度梯度成正比。
负号表明，导热方向与温度梯度的方向相反。
金属的导热系数比非金属大得多，大致在50〜415 W/m K 1范围。
纯金属的导热系数随温度升高而减小，合金却相反，但纯金属的导热系数通常高于由其所组成的合金。
本实验中，小球材料的选取对实验结果有重要影响。
热对流是流体相对于固体表面作宏观运动时，引起的微团尺度上的热量传递过程。
事实上，它必然伴随有流体微团间以及与固体壁面间的接触导热， 因而是微观分子热传导和宏观微团热对流两者的综合过程。
具有宏观尺度上的运动是热对流的实质。
流动状态(层流和湍q yQ y A、dT——扎dy(1)流）的不同，传热机理也就不同。
牛顿提出对流传热规律的基本定律-牛顿冷却定律::-并非物性常数，其取决于系统的物性因素，几何因素和流动因素，通常由实验来测 定。
本实验测定的是小球在不同环境和流动状态下的对流传热系数。
强制对流较自然对流传热效果好，湍流较层流的对流传热系数要大。
固体小球传热系数实验思考题
固体小球传热系数实验思考题摘要：一、实验目的二、实验原理三、实验器材与试剂四、实验步骤1.准备阶段2.实验阶段3.数据处理与分析阶段五、实验结果与讨论六、实验总结正文：一、实验目的固体小球传热系数实验旨在加深对热传导的理解，熟悉热传导实验的原理与方法，掌握热传导系数的计算。
二、实验原理热传导是指在温差的作用下，物体内部热量由高温区向低温区传递的过程。
固体小球传热系数实验是利用热量传递的原理，通过测量固体小球在不同温度下的热传导情况，来计算其传热系数。
三、实验器材与试剂实验器材：恒温槽、温度计、秒表、天平、钢板、固体小球、导热膏。
试剂：水、酒精。
四、实验步骤1.准备阶段a.准备恒温槽，将其调至设定温度；b.在钢板上涂抹一层导热膏；c.将固体小球放在钢板上，用天平称出其质量m；d.用酒精将温度计消毒，待干。
2.实验阶段a.将温度计插入固体小球，确保其接触良好；b.将钢板放入恒温槽，用秒表计时；c.在规定时间内，记录温度计的读数，计算出固体小球的平均温度；d.重复实验三次，确保每次实验的温度稳定。
3.数据处理与分析阶段a.根据实验数据，计算出固体小球的热传导系数；b.分析实验结果，与理论值进行对比，探讨误差来源。
五、实验结果与讨论实验结果显示，固体小球的热传导系数与理论值存在一定差距，这可能是由于实验过程中存在的误差导致的。
通过分析误差来源，可以进一步改进实验方法，提高实验结果的准确性。
六、实验总结固体小球传热系数实验有助于加深对热传导的理解，熟练掌握实验原理与方法，为今后的热传导研究和工程应用打下基础。
实验十二、固体导热系数的测定
十二、固体（橡胶）导热系数实验的操作步骤（313）一、实验的操作步骤1、 利用螺旋测微器测量上、下铜板和橡胶厚度，再用游标卡尺测量它们直径，并称量下铜板的质量等物理量，多次测量，记录在事前设计的表格，然后取平均值。
其中铜板的比热容C=0.385kJ/(K ·kg)；2、 根据初始温度设定高温，按一下温控器面板上的设定键（S ），此时设定值（SV ）后一位数码管开始闪烁。
根据实验所需温度大小，设定加热终了温度，等待8秒钟后就会自动返回至正常显示态。
3、 将热电偶高温端Ⅰ、Ⅱ分别插入对应的圆筒发热盘侧面和散热盘（P ）侧面的小孔中，千万注意不要插错，并将低温端插入旁边杯子中的冰水混合物中，被插侧面的二小孔与冰点补偿器应放在同一侧，以免线路错乱。
热电偶插入小孔时，最好涂抹硅脂，并插入洞孔底部，保证其接触良好。
4、 手动控温测量导热系数时，控制方式开关打到“手动”。
将手动选择开关打到“高”档，根据目标温度的高低，加热一定时间后再打至“低”档。
根据温度的变化情况要手动去控制“高”档或“低”档加热。
然后，每隔5分钟读一次温度示值（具体时间因被测物和温度而异），如在一段时间内样品上、下表面温度T 1、T 2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。
5、 自动PID 控温测量时，控制方式开关打到“自动”,手动选择开关打到中间一档，PID 控温表将会使发热盘的温度自动达到设定值。
每隔5分钟读一下温度示值，如在一段时间内样品上、下表面温度T 1、T 2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。
6、 记录稳态时T 1、T 2值后，移去样品，继续对下铜板加热，当下铜盘温度比T 2高出10℃左右时，移去圆筒，让下铜盘所有表面均暴露于空气中，使下铜板自然冷却。
每隔30秒读一次下铜盘的温度示值并记录，直至温度下降到T 2 以下一定值。
作铜板的T —t 冷却速率曲线（选取邻近的T 2测量数据来求出冷却速率）。
7、 本实验选用铜-康铜热电偶测温度，温差100℃时，其温差电动势约4.0mV ，故应配用量程0～20mV ，并能读到0.01mV 的数字电压表（数字电压表前端采用自稳零放大器，故无须调零）。
对流传热系数的测定
对流传热系数的测定北京理工大学化学学院董女青1120102745一、实验目的1、掌握对流传热系数的测定方法，测定空气在圆形直管内的强制对流传热系数, 验证准数关联式。
2、了解套管换热器的结构及操作，掌握强化传热的途径。
3、学习热电偶测量温度的方法。
二.实验原理冷热流体在间壁两侧换热时，传热基本方程及热衡算方程为：Q = KAAtm = m^Cp (t入一t出)换热器的总传热系数可表示为：1 1 b 1—------- 1 ---- 1 ----K a ：入a 0 式中：Q—换热量，J/sK—总传热系数，J/(m' s)A—换热面积，m：At m-平均温度差，°CCp—比热，J/ (kg • K)nu—质量流量，kg/sb—换热器壁厚，ma i、a o—内、外流体对流传热系数，J/(m? • s)依据牛顿冷却定律，管外蒸汽冷凝，管内空气被加热，换热最亦可表示为：Q = a jAj(t w - t) = a 0A0 (T — T w)式中:t w.凡一管内(冷侧)、管外(热侧)壁温，t、T-管内(冷侧)、管外(热侧)流体温度测定空气流量、进出口温度、套管换热面积，并测定蒸汽侧套管壁温，由于管壁导热系数较大且管壁较薄，管内壁温与外壁温近似柑等，根据上述数据即可得到管内对流传热系数，由丁•换热器总传热系数近似等丁•关内对流传热系数，所以亦可得到套管换热器的总传热系数。
流体在圆形直管强制对流时满足下述准数关联式：Nu = O.O237?e°-8Pr0-33式中：Nu-努塞尔特准数，Nu=^,无因次Re—雷诺准数，Re = ^,无因次P L普兰特准数，Pr =耳,无因次测定不冋流速条件下的对流传热系数，在双对数坐标屮标绘加he关系得到一条直线，直线斜率应为0. &三、实验内容1、测定不同空气流星下空气和水蒸汽在套管换热器换热时内管空气的对流传热系数，推算总传热系数。
2、在双对数坐标中标绘M L R決糸,验证准数关联式。
12固体小球对流传热系数的测定剖析
固体小球对流传热系数的测定A 实验目的工程上经常遇到凭藉流体宏观运动将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程，此过程通称为对流传热（或对流给热)。
显然流体的物性以及流体的流动状态还有周围的环境都会影响对流传热。
了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重要的实际意义。
通过本实验可达到下列目的：(1)测定不同环境与小钢球之间的对流传热系数，并对所得结果进行比较。
(2)了解非定常态导热的特点以及毕奥准数（Bi ）的物理意义。
(3) 熟悉流化床和固定床的操作特点。
B 实验原理自然界和工程上，热量传递的机理有传导、对流和辐射。
传热时可能有几种机理同时存在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。
当物体中有温差存在时，热量将由高温处向低温处传递，物质的导热性主要是分子传递现象的表现。
通过对导热的研究，傅立叶提出：dy dT A Q q yy λ-== (1)式中： dydT - y 方向上的温度梯度[]m K / 上式称为傅立叶定律，表明导热通量与温度梯度成正比。
负号表明，导热方向与温度梯度的方向相反。
金属的导热系数比非金属大得多，大致在50～415[]K m W ⋅/范围。
纯金属的导热系数随温度升高而减小，合金却相反，但纯金属的导热系数通常高于由其所组成的合金。
本实验中，小球材料的选取对实验结果有重要影响。
热对流是流体相对于固体表面作宏观运动时，引起的微团尺度上的热量传递过程。
事实上，它必然伴随有流体微团间以及与固体壁面间的接触导热，因而是微观分子热传导和宏观微团热对流两者的综合过程。
具有宏观尺度上的运动是热对流的实质。
流动状态（层流和湍流）的不同，传热机理也就不同。
牛顿提出对流传热规律的基本定律 - 牛顿冷却定律：()f W T T A qA Q -==α (2)α并非物性常数，其取决于系统的物性因素，几何因素和流动因素，通常由实验来测定。
本实验测定的是小球在不同环境和流动状态下的对流传热系数。
用球体法测量导热系数实验资料讲解
用球体法测量导热系数实验天津市高等教育自学考试模具设计与制造专业热工基础与应用综合实验报告（三）用球体法测量导热系数实验主考院校:专业名称：专业代码：学生姓名：准考证号：实验7 用球体法测量导热系数实验一、实验目的1．学习用球体法测定粒状材料导热系数的方法。
2．了解温度测量过程及温度传感元件。
二、实验原理1.导热的定义：导热是指物体内的不同部位因温差而发生的传热，或不同温度的两物体因直接接触而发生的传 热.2.温度场:非稳态 t=f （x,y,z,τ） 稳态 t=f(x,y,z)一维稳态 t=f(x)上式中x,y,z 为空间坐标， τ为时间 3温度梯度：上图中，等温面法向温度增量t ∆与距离n ∆的极限比值的极限。
即：n t nn t n gradt n ∂∂=∆∆=→∆0lim4.傅里叶定律：傅里叶定律的文字表述：在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
dx dt n t Q λλ=∂∂=其中Q 为导热量，单位为W ；A 为传热面积，单位为m2；T 为温度， 单位为K ；x 为在导热面上的坐标，单位为m 。
5．导热系数：导热系数是表征物质导热能力的物性参数。
一般地，不同物质的导热系数相差很大。
金属的导热系数在2.3～417.6W/m ·℃范围， 建筑材料的导热系数在0.16～2.2 W/m ·℃之间， 液体的导热系数波动于0.093～0.7 W/m ·℃， 气体的导热系数为0.0058～0.58 W/m ·℃范围内。
即使是同一种材料，其导热系数亦随温度、压力、湿度、物质结构和密度等因素而变化 dxdt q -=λ λ为导热系数，w/m.k 6.影响λ的因素：1）温度、密度、湿度及材料的种类的等因素。
对流传热过程是流体与壁面间的传热过程，所以凡是与流体流动及壁面有关的因素，也必然影响对流传热系数的数值，实验表明传热系数 值与流体流动产生的原因。
固体小球对流传热系数的测定实验报告
固体小球对流传热系数的测定实验报告摘要本实验通过测定固体小球在不同温度下的传热速率，来研究固体小球对流传热系数的特性。
实验采用了温度控制器、固体小球、热电偶和数字温度计等设备，以及水浴和吸头等实验器材。
实验结果表明，固体小球的传热速率随着温度的增加而增加，并且传热速率可以通过线性回归的方法来拟合得到传热系数。
实验得出的固体小球对流传热系数约为7.34±0.87W/(m²·K)，结果与理论值相符合。
关键词：固体小球；对流传热；传热系数；温度控制器；热电偶AbstractKeywords: solid sphere; convective heat transfer; heat transfer coefficient; temperature controller; thermocouple一、实验目的1. 研究固体小球对流传热的特性；2. 测定固体小球对流传热系数；3. 掌握传热系数的测量方法。
二、实验原理固体小球的对流传热过程可以由牛顿冷却定律表示：$$q=hA(T_s-T_{\infty})$$$q$是固体小球传热速率，$h$是传热系数，$A$是底面积，$T_s$是固体小球表面温度，$T_{\infty}$是环境温度。
固体小球对流传热的传热系数$h$是各种气体或液体以及固体表面几何形状和表面性质的函数，通过实验可以测定$h$的值。
传热系数与对流流动状态、物理性质和几何形状等有关，一般情况下它只能通过实验来得到。
本实验采用的是恒温水浴，固体小球表面的传热主要是通过对流传热。
对于孤立的小球，它的表面积不断变化，所以在计算传热系数时需要采用平均值或加权平均值。
通过实验测定固体小球在恒定温度下传热速率随时间的变化规律，并通过牛顿冷却定律计算传热系数。
三、实验装置和器材1. 实验装置：恒温水浴；2. 实验器材：热电偶、固体小球、数字温度计、吸头等。
四、实验步骤1. 预热恒温水浴，设置温度为53℃；2. 用热电偶测量恒温水浴的温度，确定温度是否正确；3. 记录固体小球的质量$M$和直径$d$的数值；4. 将固体小球均匀地放在水平托盘上，并在球的下部放置一根软管，以便将托盘和球固定在吸头上；5. 将吸头放入水浴中，并调整球的位置，使其深入水浴中，但不接触热源；6. 等待小球温度达到恒定状态，记录该时刻$t_0$；7. 以约0.5℃~1℃的间隔，依次改变恒温水浴的温度，记录每次改变后小球和水浴的温度，共测定8组数据；8. 记录每组实验数据时刻$t$、水浴温度$T_{\infty}$、小球表面温度$T_s$以及水浴和小球的质量$m_{\infty}$和$m_s$；9. 每组实验数据记录结束后，取出小球并用纸巾擦拭干净，准备下一组实验；10. 处理实验数据，计算每组实验的传热速率$q$和传热系数$h$；11. 用得到的实验数据绘制$q-T_{\infty}$图，线性回归拟合，得到传热系数$h$的测定值；12. 计算平均值并与理论值进行比较，评估实验结果的可靠性。
实验指导-对流传热系数的测定
对流传热系数的测定实验一． 实验目的1． 掌握对流传热系数的测定方法；2． 学习确定对流传热关联式中系数A 和指数的方法； 3． 了解套管换热器的结构； 4． 学习测温热电偶的使用方法。
二． 实验内容1． 测定空气在套管换热器内管中作强制对流时的对流传热系数； 2． 利用图解法确定准数关联式中的常数A 和。
三． 实验原理对流传热系数是研究传热过程和换热器性能的重要参数。
本实验以空气为冷流体流过套管换热器的内管，饱和水蒸汽作为热流体流过环隙，故以下仅就空气在圆形直管内作强制湍流流动时的对流传热系数的测定进行讨论。
空气在管内被加热，据牛顿冷却定律有： 式中, 传热量Q ，W ；A: 空气在管的内表面积，m 2 T: 传热管内表面的平均温度, ℃ t: 空气的平均温度, ℃t 1: 空气进口温度，℃ t 2: 空气出口温度，℃。
因传热管为紫铜管，导热系数很大，且管壁很薄，故可认为近似于传热管外壁表面的平均温度。
对于强制对流，准数Gr 可忽略，故 式中系数A 和指数可用图解法和多元线性回归法确定。
本实验采用图解法。
用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量和分别回归。
为便于掌握此关联方法，可取你＝0.4（因实验中空气被加热），这样就把多变量方程简化为单变量方程了。
即或对上式两边取对数，得一直线方程在双对数坐标系中以为 纵坐标， 为横坐标，对实验数据进行标绘时，所得直线的斜率即为方程式中的指数。
系数A 可由截距求出。
()Q T t Aα=⋅-⋅ t 12t +t ＝2Re m nNu A Pr =⋅⋅0.4Re m Nu A Pr =⋅⋅0.4RemNu A Pr =⋅0.4ln ln ln ReNu A m Pr=+⋅0.4ln NuPrln Re四. 设备主要技术数据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)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。
固体小球传热实验PPT(模板参考)
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三、实验操作技巧与难点
技巧与难点
2）应快速将加热小球置于不同的环境中进行实验， 以免造成计算机温度采集的读数误差。
3）进行流化床、强制对流和固定床操作之前，应事 先注意小球与管路的密闭。
4）由计算机自动开启风机及相应的阀门并自动记录 下相应实验的温度冷却曲线。注意在每次实验前及 时输入实验编号和风机流量值。
2、从计算机采样的原始数据表中取25到30组数据待作图
进行。 3、 h CdS 1 ln T0 Tf
6 t T Tf
所以 ln T0 Tf t h 6
T Tf
Cd s
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四、数据处理的思路与技巧
数据处理
4、由 ln T0 Tf 对 t（秒）作图后线形化处理得到直线的
控制器；13–管式加热炉
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二、实验原理
实验原理
图2 实验计算机控制界面流程图
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二、实验原理
实验原理
图2 固体小球对流传热实验装置图
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三、实验操作技巧与难点 实验步骤如下：
技巧与难点
1）开启设备总电源，打开计算机操作界面，开启管 式加热炉电源并输入加温预热的预设值。温度应控 制400-500度之间。温度太高会引入热辐射，造成 测量误差。另外也容易损坏铜球及热电偶；而温度 太低，温差较小，易产生系统误差。
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一、实验项目的来源与技术背景
实验设备技术关键：
加热小球与嵌装热 电偶间的焊接引入的金 属间的导热，从而产生 热量的散失，并带来实 验误差。
来源与背景
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一、实验项目的来源与技术背景
实验九 固体小球对流传热系数的测定
固体小球对流传热系数的测定一、 实验目的（1） 学会固体物在不同换热环境条件下的对流传热系数的测定与计算； （2） 理解非定态换热的特点及毕奥准数（Bi ）的物理意义；（3） 了解自然对流传热、强制对流传热、固定床传热及流化床传热的操作要领及传热特征。
二、 实验原理工业上大量存在的传热过程（如间壁式传热过程）都是由固体内部的导热及各种流体与固体表面间的给热组合而成。
热量在固体内部的导热属于热传导过程，而流体与固体表面间的给热过程属于对流给热过程。
下面首先对两种传热过程作简要描述。
热传导过程遵循傅里叶（Fourier ）定律：(1) dxdTq λ-= 式中 q ——热流密度，W/m 2；dxdT——x 方向上的温度梯度，K/m ；λ——导热系数，W/(m·K)。
从傅里叶定律可见，热流密度与温度梯度成正比，式中负号表示热流方向与温度梯度方向相反。
式中的导热系数λ是表征材料导热性能的一个参数，λ越大，表明材料导热性能越好。
材料的导热系数与材料的组成、结构、温度、湿度、压强以及聚集状态等许多因素有关。
通常，金属材料的导热系数远高于非金属材料导热系数，通常在10~102 W/( m·K)。
对流给热是流体流过固体表面时与该表面间发生的热量交换，由于流体流动的复杂性，使得材料表面与流体间的热交换变得非常复杂，很难进行严格数学推导。
工程上通常采用牛顿冷却定律处理对流给热过程。
即，(2) )(w T T q -=α式中 q ——热流密度，W/m 2；T——流体特征温度，K ；w T ——材料表面温度，K ；α——对流给热系数，W/(m·K)。
由于本实验固体小球对流传热过程属于非定态传热过程，需要引入一个新的无因次准数——毕奥准数（Bi ）。
毕奥准数（Bi ）以法国科学家“毕奥”命名的准数，是指在非稳态导热中描述固体内部热阻与外部热阻分配比例的一个准数，其表达式为：(3) 1αλL Bi =式中Bi ——毕奥准数；L ——特征尺寸，m ；λ——导热系数，W/(m·K)。
对流传热系数的测定实验指导书
对流传热系数的测定实验指导书1 训练目的：1．1熟悉换热装置中的各种设备及名称、各类测量仪表及名称、控制阀门的作用、冷热流体进出口位置等。
1．2了解换热器的结构，掌握对装置的试压、试漏等操作技能。
1．3掌握传热系统的流程和开、停车步骤及常见事故的处理方法。
1．4学会对流传热系数的测定方法。
1．5测定空气在圆形直管内（或螺旋槽管内）的强制对流传热系数，并把数据整理成准数关系式。
1．6了解影响对流传热系数的因素和强化传热的途径。
2．实验内容：测定不同空气流量下空气和水蒸汽在套管换热器中的进出口温度，求得空气在管内的对流传热系数。
3 基本原理3．1准数关系式对流传热系数是研究传过程及换热性能的一个很重要的参数。
在工业生产和科学研究中经常采用间壁式换热装置来达到物料的冷却和加热目的，这种传热过程是冷热流体通过固体壁面（传热元件）进行的热量交换，由热流体对固体壁面的对流传热、固体壁面的热传导和固体壁面对流传热所组成。
由单位传热速率议程式知，单位时间、单位传热面积所传递的热量为q=K（T－t）而对流传热所传递的热量，对于冷热流体可由牛顿定律表示q=a h·（T－T wl）或q=a·（t w2－t）式中q—传热量，W/℃；a—给热系数，W/㎡；T—热流体温度，℃；t—冷液体温度，℃；T w1、t w2—热冷液体的壁温，℃；下标：c—冷侧面h—热侧由于对流传热过程十分复杂，影响因素极多，目前尚不能通过解析法得到对流传热系数的关系式，它必须由实验加以测定获得各种因素下对流传热系数的定量关系。
为了减少实验工作量，采用因次分析法将有关的影响因素无因次化处理后组成若干个无因次数群，从而获得描述对流传热过程的无因次方块字程。
在此基础上组织实验，并经过数据处理得到相应的关系式，如流体在圆形（光滑）直管中做强制对流传热时传热系数的变化规律可用如下准数关联式表示N u=CR e m P r n=ad/λR e=duρ/µ=dw/AμNμ—努塞尔特准数；Re—雷诺准数；P r—普兰特准数；w—空气的质量流量，㎏/s；d—热管内径，m；A—换热管截面积，㎡；μ—定性温度下空气的粘度，P a·S；λ—定性温度下空气的导热系数，W/（m·℃）；a—对流传热系数，W/（㎡·℃）；当流体被加热时，n=0.4；被冷却时，n=0.3。
固体小球传热系数实验思考题
固体小球传热系数实验思考题引言固体小球传热系数实验是研究物体热传导性质的重要实验方法之一。
通过测量固体小球在不同温度下的传热速率，可以计算出固体小球的传热系数，进而了解物体的热传导性质。
本文将对固体小球传热系数实验进行详细的介绍和思考，包括实验原理、实验装置、实验步骤和实验结果的分析。
实验原理固体小球传热系数实验的原理基于热传导定律。
根据热传导定律，热流密度与温度梯度成正比，且与物体的传热系数和截面积成反比。
可以利用这个定律来计算固体小球的传热系数。
实验装置实验装置主要包括固体小球、加热装置、温度计、计时器和数据记录仪等。
1.固体小球：选择一个具有较好导热性能的固体小球作为实验样品。
常见的材料有金属、陶瓷等。
2.加热装置：使用电加热器或火焰等加热固体小球，保持固体小球表面温度的均匀性。
3.温度计：在固体小球表面和周围环境位置分别安装温度计，测量固体小球和环境的温度。
4.计时器：用于记录固体小球温度的变化过程。
5.数据记录仪：用于记录固体小球表面温度和环境温度的变化。
实验步骤1.准备实验样品：选择一个具有较好导热性能的固体小球作为实验样品。
清洁固体小球表面，确保没有杂质。
2.安装实验装置：将固体小球放置在加热装置上，保持固体小球表面温度的均匀性。
在固体小球表面和周围环境位置分别安装温度计。
3.开始实验：打开加热装置，开始加热固体小球。
同时启动计时器和数据记录仪，记录固体小球表面温度和环境温度的变化。
4.实验数据处理：根据实验数据计算固体小球的传热系数。
根据热传导定律，可以利用以下公式计算传热系数：k=QA⋅ΔT⋅Δt其中，k为传热系数，Q为传热量，A为固体小球的表面积，ΔT为固体小球表面温度和环境温度的温差，Δt为传热时间。
5.实验结果分析：根据计算得到的传热系数，分析固体小球的热传导性质。
比较不同材料的传热系数，了解不同材料的导热性能。
实验结果分析根据实验数据计算得到的传热系数可以用于分析固体小球的热传导性质。
对流传热系数测定实验讲义
当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3。
上式适用于流体与管壁温差不大的场合，对于气体，其温差不超过50℃ ； 对于水，温差不大于20-30℃ ；对于黏度随温度变化较大的油类其值不超 过10℃ 。上式的其他适用的条件为：Re=1.0×104~1.2×105， Pr=0.7~120,管长与管内径之比l/d≥60。所采用的特征长度为管内径d， 定性温度为流体的平均温度（即管道进、出口截面平均温度的算术平均值 ）。
流体在圆形直管内 作湍流时的对流传热系数
其关联式可采用迪图斯-贝尔特公式描述，即 Nu A Rem Prn （经验式为 Nu 0.023 Re0.8 Prn ）
式中：Nu---努塞乐特准数，Nu=αid/λ ；
Re---雷诺准数，Re=duρ/μ ；
Pr---普朗特准数，Pr=CP· μ/λ；
实验注意事项
1.实验装置的相关仪表学生不得随便打开，以防触 电。
2.打开加热电源开关之前，首先观察蒸发器内是否 有水，并及时补充水位至2/3处。 3.实验过程要注意防止烫伤（蒸汽发生器及换热器
4.实验结束后，一定要注意先关加热电源开关，待 温度降至50℃
实验思考题(1)
1.改变空气流量后，如何使系统尽快稳定？ 2.实验中蒸汽侧的吸热量和空气侧的放热量，哪个用于估算总的传热
Nu
1.86
Re1/ 3
Pr1/ 3
d l
1/ 3
w
0.14
式中：除了μw 外，定性温度均取流体的平均温度，特征长度为管
内径d。
适用范围：Re
2300, Pr
0.48
~ 16700,
w
0.0044 ~
9.75,
对流换热系数的的测定方法
对流换热系数的的测定方法(总7页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除对流换热系数测定方法姓名：乔迈指导教师：罗翔学号：SY1004319对流换热系数测定方法一、前言具有初始温度T的物体，被突然置于有确定温度的流场中，该物体与流场构成一个非稳态的换热体系。
在这个非稳态换热体系中，包含着两个传热环节：一个是物体内部的导热；另一个是流体于物体边界的对流换热。
其中影响对流换热的关键参数就是对流换热系数。
对流换热系数是求解伴有表面对流换热的热传导问题的重要参数之一。
直接测定对流换热系数的方法分为稳态法与瞬态法。
稳态法对实验条件要求苛刻,实验周期长，误差大。
瞬态法由于实验周期短，误差小，近年来被广泛运用于对流换热系数测量实验，通常所说的瞬态法是通过瞬时提高来流温度或者壁面温度来达到温度阶跃，测量窄幅热色液晶显色时间，通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到测量表面的对流换热系数。
实验中要达到温度的阶跃通常不容易实现，只能是近似阶跃，需要进行逐级阶跃或者指数函数进行修正。
这种处理方式可以近似解决入口温度非阶跃响应问题。
但是如果实验中存在涡流,采取突然提高来流温度的方法，并不能确定涡流温度随时间的变换曲线，对实验结果造成很大的误差。
为了解决上述问题，本文总结提出了一种测定对流换热系数的新方法，此方法是以传热学中非稳态导热求解法中的数学分析法集总参数分析法为基础设计的特定环境下的对流换热系数测定方法，本文全面分析了各因素对对流换热系数精度的影响并进行了定量分析此方法简便可靠在一般条件下误差不超过1.6%。
热传导热对流和热辐射一般情况下并不是独立存在的，热传导时常伴有表面对流换热。
本文研究的是零件内非等温场及其变形的研究的一部分内容，其中的热传递现象是导热对流系统，为了确定零件内的非等温场，表面对流换热系数h是必需的参数之一，本文采用了实验法以求得此参数。
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固体小球对流传热系数的测定A 实验目的工程上经常遇到凭藉流体宏观运动将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程，此过程通称为对流传热（或对流给热)。
显然流体的物性以及流体的流动状态还有周围的环境都会影响对流传热。
了解与测定各种环境下的对流传热系数具有重要的实际意义。
通过本实验可达到下列目的：(1)测定不同环境与小钢球之间的对流传热系数，并对所得结果进行比较。
(2)了解非定常态导热的特点以及毕奥准数（Bi ）的物理意义。
(3) 熟悉流化床和固定床的操作特点。
B 实验原理自然界和工程上，热量传递的机理有传导、对流和辐射。
传热时可能有几种机理同时存在，也可能以某种机理为主，不同的机理对应不同的传热方式或规律。
当物体中有温差存在时，热量将由高温处向低温处传递，物质的导热性主要是分子传递现象的表现。
通过对导热的研究，傅立叶提出：dy dT A Q q yy λ-== (1)式中： dydT - y 方向上的温度梯度[]m K / 上式称为傅立叶定律，表明导热通量与温度梯度成正比。
负号表明，导热方向与温度梯度的方向相反。
金属的导热系数比非金属大得多，大致在50～415[]K m W ⋅/范围。
纯金属的导热系数随温度升高而减小，合金却相反，但纯金属的导热系数通常高于由其所组成的合金。
本实验中，小球材料的选取对实验结果有重要影响。
热对流是流体相对于固体表面作宏观运动时，引起的微团尺度上的热量传递过程。
事实上，它必然伴随有流体微团间以及与固体壁面间的接触导热，因而是微观分子热传导和宏观微团热对流两者的综合过程。
具有宏观尺度上的运动是热对流的实质。
流动状态（层流和湍流）的不同，传热机理也就不同。
牛顿提出对流传热规律的基本定律 - 牛顿冷却定律：()f W T T A qA Q -==α (2)α并非物性常数，其取决于系统的物性因素，几何因素和流动因素，通常由实验来测定。
本实验测定的是小球在不同环境和流动状态下的对流传热系数。
强制对流较自然对流传热效果好，湍流较层流的对流传热系数要大。
热辐射是当温度不同的物体，以电磁波形式，各辐射出具有一定波长的光子，当被相互吸收后所发生的换热过程。
热辐射和热传导，热对流的换热规律有着显著的差别，传导与对流传热速率都正比于温度差，而与冷热物体本身的温度高低无关。
热辐射则不然，即使温差相同，还与两物体绝对温度的高低有关。
本实验尽量避免热辐射传热对实验结果带来误差。
物体的突然加热和冷却过程属非定常导热过程。
此时导热物体内的温度，既是空间位置又是时间的函数，()t z y x f T ,,,=。
物体在导热介质的加热或冷却过程中，导热速率同时取决于物体内部的导热热阻以及与环境间的外部对流热阻。
为了简化，不少问题可以忽略两者之一进行处理。
然而能否简化，需要确定一个判据。
通常定义无因次准数毕奥数（Bi ），即物体内部导热热阻与物体外部对流热阻之比进行判断。
=Bi 外部对流热阻内部导热热阻 A V λααλδ＝＝1 (3) 式中：A V =δ - 为特征尺寸，对于球体为R/3若Bi 数很小，αλδ1<<，表明内部导热热阻<<外部对流热阻，此时，可忽略内部导热热阻，可简化为整个物体的温度均匀一致，使温度仅为时间的函数，即()t f T =。
这种将系统简化为具有均一性质进行处理的方法，称为集总参数法。
实验表明，只要Bi<0.1，忽略内部热阻进行计算，其误差不大于5%，通常为工程计算所允许。
将一直径为d s 温度为0T 的小钢球，置于温度为恒定f T 的周围环境中，若f T T >0，小球的瞬时温度Ｔ，随着时间ｔ的增加而减小。
根据热平衡原理，球体热量随时间的变化应等于通过对流换热向周围环境的散热速率。
()f T T A dtdT CV -=αρ－ (4)()()dt CV A T T T T d f f ρα-=-- (5) 初始条件：f f T T T T t -=-=00，积分(5)式得：()⎰⎰---=--f f T T T T t f f dt CV A T T T T d 00ρα ()Fo Bi t CV A T T T T f f ⋅-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=--exp exp 0ρα (6) ()2A V at Fo = (7) 定义时间常数ACV αρτ=，分析(6)式可知，当物体与环境间的热交换经历了四倍于时间常数的时间后，即：τ4=t ，可得： 018.040==---e T T T T f f表明过余温度f T T -的变化已达98.2%，以后的变化仅剩1.8%，对工程计算来说，往后可近似作定常数处理。
对小球63S d R A V == 代入式(6)整理得： f f S T T T T t Cd --⋅=0ln 16ρα (8)或 f f S S T T T T t Cd d Nu --⋅==02ln 16λρλα (9)通过实验可测得钢球在不同环境和流动状态下的冷却曲线，由温度记录仪记下T ～t 的关系，就可由式(8)和式(9)求出相应的α和Nu 的值。
对于气体在180000Re 20<<范围，即高Re 数下，绕球换热的经验式为：316.0Pr Re 37.0==λαS d Nu (10)若在静止流体中换热：2=Nu 。
C 预习与思考(1) 明确实验目的。
(2) 影响热量传递的因素有哪些？(3) Bi 数的物理含义是什么？(4) 本实验对小球体的选择有哪些要求，为什么?(5) 本实验加热炉的温度为何要控制在400～500℃，太高太低有何影响？(6) 自然对流条件下实验要注意哪些问题？(7) 每次实验的时间需要多长，应如何判断实验结束？(8) 实验需查找哪些数据，需测定哪些数据？(9) 设计原始实验数据记录表。
(10) 实验数据如何处理？D 实验装置与流程如图2–13所示。
图2–13 测定固体小球对流传热系数的实验装置E 实验步骤及方法1.测定小钢球的直径d s。
2.打开管式加热炉的加热电源，调节加热温度至400～500℃。
a)检查电源线火线、零线、地线连接是否正确，电线是否有破损，确认无误后才能给装置通电；b)接通装置电源（220V/50HZ），此时电源开关红色指示灯亮；c)按下各测温温控开关，此时管式电加热炉控温表和管式电加热炉温控表及小球测温表同时通电。
d)将管式电加热炉控温表（4）设定温度为实验所需的温度值450℃。
3.打开计算机处于工作状态。
启动计算机控制软件。
4.将嵌有热电偶的小钢球置于电加热炉的支架上，从温度计录仪上观察钢球温度的变化。
当小球温度升至450℃时，迅速取出钢球，放在不同的环境条件下进行实验，钢球的温度随时间变化的关系由计算机记录，称冷却曲线。
5.装置运行的环境条件有：自然对流，强制对流，固定床和流化床。
流动状态有：层流和湍流。
6.自然对流实验：将加热好的钢球迅速取出，置于大气当中，尽量减少钢球附近的大气扰动，用计算机进行数据采集小球温度随时间变化的曲线数据，并进行处理计算出给热系数 。
7.强制对流实验：置于扩大管中进行强制对流实验。
方法：打开实验装置上的放空阀（14）和阀（16），关闭阀（15）和阀（13），启动漩涡气泵，缓慢调节阀（15）和阀（14），使流量达到实验所需值。
迅速取出加热好的钢球，置于反应器中的扩大管中，其余步骤同6，记录下空气的流量和采集冷却曲线。
8.固定床实验：调节调节阀（3）并配合调节阀（16）使流化床内固体颗粒处于固定床状态，将加热好的小球置于固定床的砂粒中，进行固定床实验，其余步骤同6，记录反应器的压降和采集冷却曲线。
9.流化床实验：调节调节阀（3）并配合调节阀（16）使流化床处于所需的流化状态，将加热好的钢球迅速置于反应器中的流化层中，进行流化床实验，其余步骤同6，记录反应器的压降和采集冷却曲线。
10.装置停车a)将管式加热炉控温温度设定为零度，降温；b)全开阀门（14），关闭风机电源；c)关闭各分电源开关和总开关注意事项：1.开启风机前一定将阀门（14）全开，否则玻璃转子会因风速过大冲到顶部损坏玻璃转子流量计；同样，关闭风机前一定将阀门（14）全开，否则璃转子会因风速迅速降低砸到底部损坏转子。
2.调节流化床时一定要缓慢打开调节阀（3），并配合调节阀门（16），否则会把流化床内固体颗粒吹出，影响使用。
3.在实验过程中，不要将小球碰到身体，避免灼伤。
F.实验数据和处理实验基础数据：小球：紫铜，直径：14mm，密度：8900kg/m3，比热：385J/kg·K，导热系数：401W/m·K计算：点软件工艺流程画面的计算按钮，按冷却曲线对应的时间和温度点输入左侧表格，其它基础数据和实验信息输入，按计算结果计算，右侧表格显示结果。
按对流传热系数和努塞尔准数，察看图形。
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(1) 计算不同环境和流动状态下的对流传热系数 。
(2) 计算实验用小球的Bi 准数，确定其值是否小于0.1。
(3) 将实验值与理论值进行比较。
G 结果与讨论(1) 基本原理的应用是否正确？(2) 对比不同环境条件下的对流传热系数。
(3) 分析实验结果同理论值偏差的原因。
(4) 对实验方法与实验结果讨论。
H 主要符号说明A - 面积， ]m [2；Bi - 毕奥准数， [无因次]；C - 比热， ]k g K J [；S d - 小球直径， ]m [；Fo - 傅立叶准数， [无因次]；Nu - 努塞尔准数， [无因次]；Pr - 普朗特准数， [无因次]；y q - ｙ方向上单位时间单位面积的导热量， ]s m J [2； y Q - ｙ方向上的导热速率， ]J [；R - 半径， ]m [；Re - 雷诺准数， [无因次]；T - 温度， ]K [或][℃；0T - 初始温度， ]K [或][℃；f T - 流体温度， ]K [或][℃；W T - 壁温， ]K [或][℃；t - 时间， ]s [；V - 体积， ]m [3；α - 对流传热系数， ]K m W [2；λ - 导热系数， ]mK W [；δ - 特征尺寸， ]m [；ρ - 密度， ]m g k [3；τ - 时间常数， ][s ；μ - 粘度， ]s Pa [⋅。
参 考 文 献[1] 天津大学等校合编 .化工传递过程 . 北京: 化学工业出版社， 1980[2] 华东理工大学等校合编 .化学工程实验 . 北京: 化学工业出版社，1996[3] 戴干策等 . 传递现象导论 . 北京: 化学工业出版社，1996。