12固体小球对流传热系数的测定剖析
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：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。
固体小球对流传热集总热容法实验报告
固体小球对流传热集总热容法实验报告实验报告：固体小球对流传热集总热容法摘要：本实验旨在通过对固体小球的对流传热进行实验研究，采用集总热容法测定固体小球的传热系数。
通过测量小球在不同温度条件下的冷却曲线，计算传热系数，并与理论值进行比较。
实验结果表明，通过集总热容法可以较准确地测定固体小球的传热系数。
引言：传热是物体之间热量传递的过程，对于固体小球而言，其传热过程主要包括导热和对流传热。
在本实验中，我们将重点研究固体小球的对流传热，并采用集总热容法来测定传热系数。
实验装置和材料：1. 固体小球（例如金属小球）2. 恒温水槽3. 温度计4. 计时器5. 数据记录表实验步骤：1. 将恒温水槽的温度调至稳定，并记录水槽温度为T0。
2. 在水槽中放入固体小球，并等待小球与水槽内水温达到热平衡。
3. 使用温度计测量水槽内的水温，并记录为T1。
4. 启动计时器，记录小球的冷却曲线。
每隔一段时间（例如30秒），测量小球的温度，记录为T2。
5. 持续记录小球的温度变化，直到小球温度接近水温T0。
6. 根据记录的温度数据绘制小球的冷却曲线。
1/ 3数据处理：根据集总热容法，可以得到以下公式来计算传热系数：q = m * c * (T2 - T1) = h * A * (T2 - T0)其中，q为传热速率，m为小球的质量，c为小球的比热容，T2和T1分别为测量的小球温度和水温，h为传热系数，A为小球的表面积，T0为水槽的温度。
通过将公式整理，我们可以得到传热系数h的表达式：h = (m * c * (T2 - T1)) / (A * (T2 - T0))根据实验记录的温度数据和已知参数，计算传热系数h的值，并与理论值进行比较。
结果和讨论：根据实验记录的温度数据和已知参数，我们计算出传热系数h的值，并与理论值进行比较。
通过比较实验结果和理论值的差异，我们可以评估实验的准确性和可靠性。
在实验过程中，我们观察到固体小球的温度随时间逐渐降低，呈现出一个冷却曲线。
对流传热系数实验报告
对流传热系数实验报告对流传热系数实验报告引言：热传导是物体内部热量传递的主要方式之一，然而在许多实际应用中，对流传热也扮演着重要的角色。
对流传热是指通过流体的传热方式，其传热效果受到流体性质、流体流动速度、传热表面特征等因素的影响。
为了深入研究对流传热的规律，我们进行了一系列实验，并撰写了本报告。
实验目的：本次实验的目的是测量并分析不同条件下的对流传热系数，以验证对流传热的基本规律。
实验装置：我们使用了一个封闭的实验装置，其中包括一个加热器、一个冷却器和一个流体循环系统。
加热器通过电源提供热量，冷却器则通过水循环来散热。
流体循环系统由一台泵和一组管道组成，用于将流体从加热器输送至冷却器，形成对流传热的流动条件。
实验步骤：1. 将实验装置调整至稳定工作状态，并记录初始温度。
2. 开启加热器和冷却器，使流体开始循环。
3. 分别测量加热器和冷却器的出口温度，并记录下来。
4. 根据测得的温度数据计算对流传热系数，并进行分析。
实验结果：通过实验测量和计算，我们得到了不同条件下的对流传热系数数据。
在分析这些数据时，我们发现对流传热系数与流体流动速度呈正相关关系。
当流体流动速度增加时，对流传热系数也随之增加。
这是因为流体流动速度的增加会增大流体与传热表面的接触面积，从而促进热量的传递。
此外，我们还观察到对流传热系数与流体性质有关。
不同流体的传热性能不同，因此对流传热系数也会有所差异。
例如，水的对流传热系数通常比空气的对流传热系数大，这是因为水的热导率较大，能够更有效地传递热量。
讨论和结论：通过本次实验，我们验证了对流传热系数与流体流动速度和流体性质之间的关系。
对流传热系数的测量和分析对于工程领域中的热传递问题具有重要意义。
在实际应用中，我们可以通过调整流体流动速度和选择合适的传热介质来优化热传递效果。
然而，需要注意的是，本实验中的测量结果受到一些因素的影响，如实验装置的精度、环境温度等。
为了提高实验结果的准确性，我们可以进一步改进实验装置的设计，采用更精确的测量仪器，并进行多次重复实验来验证结果的可靠性。
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热传导是物体内部发生的能量传递过程，它是由于物体内部分子之间的相互作用而产生的。
固体小球传热系数实验是一种常用的实验方法，用于测量物质的热导率。
在这个实验中，我们将通过测量固体小球在不同温度下的温度变化，来计算固体小球的传热系数。
实验原理固体小球传热系数实验基于热传导定律，该定律描述了单位时间内单位面积上的能量传递与温度梯度之间的关系。
根据这个定律，我们可以得到以下公式：其中，q是单位时间内单位面积上的能量传递（单位：焦耳/秒/平方米），k是材料的热导率（单位：焦耳/秒/米·开尔文），A是面积（单位：平方米），ΔT是温度差（单位：开尔文），x是厚度（单位：米）。
在固体小球传热系数实验中，我们将使用一个恒温水浴来保持固体小球的温度稳定。
首先，我们用一个温度计测量恒温水浴的初始温度，然后将固体小球放入水浴中，并用另一个温度计测量固体小球的初始温度。
接下来，我们将记录一系列时间点上的固体小球和水浴的温度，并计算出固体小球和水浴之间的温差。
实验步骤1.准备实验设备：恒温水浴、固体小球、两个温度计等。
2.测量恒温水浴的初始温度，并记录下来。
3.测量固体小球的初始温度，并记录下来。
4.将固体小球放入恒温水浴中，并确保它与水完全接触。
5.每隔一段时间，使用两个温度计分别测量固体小球和恒温水浴的温度，并记录下来。
6.根据记录的数据，计算出每个时间点上固体小球和恒温水浴之间的温差。
7.绘制出时间和对应的温差之间的关系曲线。
8.根据热传导定律的公式，计算固体小球的传热系数。
实验思考题1.实验中为什么要测量恒温水浴的初始温度？–测量恒温水浴的初始温度是为了确保实验开始时恒温水浴的温度是稳定的。
只有在恒温水浴的温度稳定后，才能进行后续的实验步骤，确保实验结果的准确性。
2.为什么要将固体小球放入恒温水浴中，并确保它与水完全接触？–将固体小球放入恒温水浴中可以使固体小球与周围环境保持热平衡。
固体小球对流传热系数测定实验报告评分标准
实验报告评分标准实验名称固体小球对流传热系数测定班级姓名学号成绩实验周次同组成员一．实验预习1、实验概述（阐明实验目的、原理、流程装置；写清步骤、所要采集的数据；列出化学品、器材清单；分析实验过程危险性）（10 分）（现场实验后此部分可以修改，以最后提交的内容为准）实验目的（1 分）原理阐述（3 分）流程装置（2 分）实验步骤（2 分）分析实验过程危险性（2 分）2、预习思考题（5 分）共 5 题，错 1 题或未做扣 1 分，扣完为止，现场实验后此部分可以修改，以最后提交的报告为准。
(1) 作答关键点：小球对流传热系数测定，获取对流传热系数的方法（覆盖3 点及以上不失分）(2) 作答关键点：对流传热系数实验实验偏差与何因素有关（覆盖此2 点不失分）(3) 作答关键点：小球材质的选取有何要求（否则扣0.5 分）(4) 作答关键点：小球传热系数测定的简化处理判据（回答出2 问可不失分）(5)通过作图方法分析处理对流传热系数方法简述3、方案设计（5 分）（1）设计一套湍流（层流）状态下的对流传热系数的方法（5 分）二．实验过程1、原始记录（要求：记录操作条件、原始数据，注意有效数字、单位格式）（10 分）小球直径，密度，比热，导热系数等原始记录表（2 分）计算机采集的小球温度随时间变化的冷却曲线的原始数据表（4 分）流化床、固定床、强制对流和自然对流的原始曲线（4 分）2、实验现象（5 分）得分要点：与现场实验装置的现象描述准确，语言简洁。
三．实验数据处理1、数据处理方法（计算举例、计算结果列表）（10 分）对流传热系数的公式计算（6 分）各流动状态毕奥数的计算（4 分）单位错误、计算错误扣 2 分2、数据处理结果（10 分）计算结果列表（10 分）单位错误或者未写单位扣 5 分四．结果讨论（实验现象分析、误差分析、实验结论）（20 分）实验现象分析（5 分）误差分析（5 分）实验结论（5 分）实验讨论题（5 分）指导教师审阅意见：优秀100—90 良好89—76 合格75—60 不合格59—0教师签名：日期：。
实验报告二：对流传热系数及准数关联式常数的测定
对流传热系数及准数关联式常数的测定实验报告1.前言研究表明，加入到换热器换热管中的扰流子添加物可以使换热管内流动的液体产生明显的螺旋运动。
换句话说，在换热器换热管中加入扰流子添加物，就相当于在换热器换热管中加入空隙率ε≥95%的多孔体，当换热器换热管中流动的液体流经这些扰流子添加物以后，流道内将产生明显的弥散流动效应，在低雷诺数下（Re≥300），由于弥散流动的促进，使换热器换热管中的液体转变为湍流。
湍流状态的流动液体其总热阻是所有流态液体中最小的，由于换热器换热管中湍流状态的流动液体热阻非常小，所以，换热器的传热系数（K）值将大大增加。
在高的传热系数（K）值状态下，换热器中扰流子强化传热的效果就会非常明显。
当然换热器中的扰流子对流经换热管的不同介质，其强化传热的效果是有区别的。
并且，换热管内扰流元件的形状和在传热面上的安装方法，对传热和流阻都有影响，一般可通过实验确定其最佳形式。
例如试验表明：在管道的全长填满螺旋形金属丝与间断设置螺旋圈相比，后者在传热性能不变时可减小流阻。
关于扰流子强化传热的原理，还有许多其它见解，有的专家认为扰流子强化传热是基于加大了传热面积和粗糙度，这无疑是正确的。
但试验表明，即使不紧贴壁面安装，则轴向固定在流道中心的扰流子也能使α值加大，有人解释为填充物能产生持续不断的涡流，并沿流向产生一个中心旋转流，在离心力的影响下使管中心的流体与壁面边界层流体充分混合。
从而减薄了边界层，强化了传热。
总的看，有关扰流子强化传热的理论还不完备和一致，一些数据仅来自实验，有待于更多的科研人员开发和利用。
在换热器换热管中加扰流子添加物，最明显的特点就是大大增强了换热管内侧的换热系数。
试验表明，在换热器换热管中加扰流子添加物，换热管内侧换热系数可比光管提高3.5倍以上。
扰流子强化传热除了减少金属消耗，它还可以提高工厂热能利用效率，降低能耗。
目前，一些设计追求高热强度，而管壳式换热器由于传热效率低，设计中采用的主要手段是选择提高对数平均温差，这要导致能耗的大幅度增加。
对流传热系数实验报告
一、实验目的1. 了解对流传热的基本原理，掌握对流传热系数的测定方法。
2. 掌握牛顿冷却定律的应用，通过实验验证其对流传热系数的计算公式。
3. 分析影响对流传热系数的因素，如流体速度、温度差、流体性质等。
二、实验原理对流传热系数是指单位时间内，单位面积上流体温度差为1℃时，单位面积上传递的热量。
牛顿冷却定律描述了对流传热过程，即：Q = h A (T1 - T2)式中：Q ——传热量（W）h ——对流传热系数（W/(m²·K)）A ——传热面积（m²）T1 ——高温流体温度（℃）T2 ——低温流体温度（℃）根据牛顿冷却定律，可以通过实验测量传热量、传热面积、流体温度差，从而计算出对流传热系数。
三、实验仪器与材料1. 套管换热器2. 温度计3. 流量计4. 计时器5. 计算器6. 水和空气四、实验步骤1. 准备实验仪器，连接套管换热器、温度计、流量计等。
2. 在套管换热器内注入水，打开冷却水阀门，调节流量至预定值。
3. 在套管换热器外通入空气，调节风速至预定值。
4. 同时打开加热器和冷却水阀门，使水加热至预定温度，空气冷却至预定温度。
5. 记录开始加热和冷却的时间，观察温度变化。
6. 当温度变化稳定后，记录温度计的读数，计算温度差。
7. 关闭加热器和冷却水阀门，停止实验。
五、实验数据与处理1. 记录实验数据，包括水温度、空气温度、流量、时间等。
2. 根据牛顿冷却定律计算传热量Q：Q = m c ΔT其中，m为水的质量流量（kg/s），c为水的比热容（J/(kg·K)），ΔT为温度差（K）。
3. 计算对流传热系数h：h = Q / (A ΔT)六、实验结果与分析1. 根据实验数据，计算对流传热系数h，并与理论值进行比较。
2. 分析实验结果，探讨影响对流传热系数的因素。
3. 分析实验误差，总结实验经验。
七、结论通过对对流传热系数的测定实验，掌握了对流传热的基本原理和牛顿冷却定律的应用。
固体小球对流传热集总热容法实验报告(一)
固体小球对流传热集总热容法实验报告(一)实验报告：固体小球对流传热集总热容法实验目的•熟悉固体小球对流传热实验装置的使用方法；•掌握固体小球对流传热集总热容法的实验方法；•了解固体小球对流传热的基本原理。
实验原理固体小球对流传热是指固定在壁面上的小球通过热传导和对流将热量传递到壁面，壁面对小球的热通量可以表示为：q=α(T s−T t)其中，α为对流换热系数，T s为壁面温度，T t为小球表面温度。
固体小球对流传热集总热容法，即利用小球和壁面的温度变化量计算出系统集总的热容量。
其公式为：C=QΔT=m s c s+m t c tΔT其中，Q为热量，ΔT为小球表面温度和壁面温度之差，m s和c s分别为小球的质量和比热容，m t和c t分别为壁面的质量和比热容。
实验步骤1.将水放入实验装置中，并调节恒温槽温度为T1。
2.将小球装入实验装置中，并通过旋钮控制小球升降，使其浸入水中。
3.记录小球表面和壁面的温度，分别为T t和T s。
4.通过电热器控制水温度升高，记录水温度从T1到T2的变化量。
5.记录小球表面和壁面的温度变化量，分别为ΔT t和ΔT s。
6.根据公式，计算出实验数据中的对流换热系数α和系统的集总热容量C。
实验结果根据上述实验步骤，我们进行了一次固体小球对流传热集总热容法实验。
记录的参数和计算结果如下表所示：参数数值水的初温度T128.5℃水的末温度T252.3℃小球质量m s26.08 g小球比热容c s0.385 J/(g℃)壁面质量m t489.43 g壁面比热容c t0.103 J/(g℃)小球表面温度变化量ΔT t 4.6℃壁面温度变化量ΔT s23.8℃对流换热系数α25.94 W/(m2℃)参数数值系统集总热容量C 2.95 J/℃实验分析通过本次实验，我们成功地运用了固体小球对流传热集总热容法，获得了实验数据并计算出了对应的结果。
根据计算结果，我们可以发现该实验中小球和壁面的质量和比热容差异较大，因此系统的集总热容量主要由壁面贡献。
对流传热系数测定实验报告
对流传热系数测定实验报告对流传热系数测定实验报告引言：热传导是物质内部传递热量的方式之一，而对流传热则是指通过流体介质传递热量的过程。
对流传热系数是描述该过程的重要参数之一。
本实验旨在通过测定实验方法，确定对流传热系数，并探讨其影响因素。
实验装置和方法：实验装置主要包括一个加热器、一个冷却器、一个测温仪和一根试管。
首先，将试管一端与加热器相连，另一端与冷却器相连。
然后，在试管内部加入一定量的流体介质，如水。
接下来，将加热器加热至一定温度，同时使用测温仪测量试管内部和外部的温度。
通过记录试管内外温度的变化，可以计算出对流传热系数。
实验结果和分析：通过实验测量，我们得到了一组温度数据，并利用这些数据计算出了对流传热系数。
然后，我们将对流传热系数与其他因素进行分析。
首先，我们探讨了流体介质的影响。
我们使用了不同流体介质进行实验，并比较了它们的对流传热系数。
结果表明，不同流体介质的传热性能存在差异。
例如，水的对流传热系数要大于油的对流传热系数。
这是因为水的热导率较高，能够更快地传递热量。
而油的热导率较低，传热速度较慢。
其次，我们研究了流体流速的影响。
我们调节了流体流速，并测量了对流传热系数的变化。
结果显示，随着流速的增加，对流传热系数也会增加。
这是因为流体流速的增加会增加流体与试管壁之间的接触面积，从而增加传热效率。
此外，我们还考察了试管的材料对对流传热系数的影响。
我们使用了不同材料的试管进行实验，并比较了它们的对流传热系数。
结果显示，不同材料的试管对对流传热系数有一定的影响。
例如，金属试管的对流传热系数要大于玻璃试管的对流传热系数。
这是因为金属具有较高的热导率，能够更好地传递热量。
结论：通过本实验，我们成功地测定了对流传热系数，并分析了其影响因素。
实验结果表明，流体介质、流体流速和试管材料都会对对流传热系数产生影响。
在实际应用中，我们可以根据这些影响因素来选择合适的流体介质、控制流速和选择合适的材料，以提高传热效率。
固体小球传热实验
三、实验操作技巧与难点
技巧与难点
3）由于加热炉温设定在550度左右，炉心的温度较高 学生实验时应避免触碰，以免造成烫伤！ 4）小球加热温度应控制在400至500度之间，太高会
引入热辐射，太低温差小会引入相对误差。
三、实验操作技巧与难点
技巧与难点
5）当小球温度加热到400度左右时应应迅速放入床层 反应器中，以免造成计算机采样滞后，引起误差。 6）当小球放置完毕，操作电脑的同学应观察控制界 面上显示的小球温度大小，如达到所测范围，应快速 点击采样按钮，同时调节流量的同学也要快速将风机 流量调整到所需值。。
0.6 0.4
0.2
0
0
100
200
300
400
-0.2
(s)
图3、强制对流冷却曲线图 图4、强制对流 ln T0 与Tft（秒)关系图 T Tf
2N0uRhedS
180000 0.37 Re
0.6
Pr
1 3
四、数据处理的思路与技巧
数据处理
5、对于气体在20<Re<180000范围，即高数下，绕球换
T Tf
斜率K（如图4所示）。
斜率K与对流传热系数h有如下关系，即： k
6h
Cd s
四、数据处理的思路与技巧
数据处理
T (K)
ln T0 Tf T Tf
400 300 200 100
0 0
200
400
600
800
(s)
1.4
1.2
1.0
y = 0.0032x + 0.003
0.8
一、实验项目的来源与技术背景
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。
对流传热系数的测定实验报告
对流传热系数的测定实验报告对流传热系数的测定实验报告一、引言热传导是物质内部热量传递的一种方式，而对流传热是物质表面与流体之间热量传递的一种方式。
对流传热系数是衡量对流传热能力的重要参数，它与流体性质、流动状态、表面特性等因素密切相关。
本实验旨在通过测定不同流体在不同流动状态下的对流传热系数，探究其变化规律。
二、实验装置和方法实验装置主要包括热传导仪、热电偶、温度计、流量计等。
在实验过程中，我们选择了水和空气作为流体介质，分别进行了静止状态和流动状态下的测定。
三、实验结果与分析1. 静止状态下的测定首先，我们将热传导仪放入水中，使其温度稳定在一定值。
然后，通过热电偶和温度计测定水的表面温度和流体温度。
根据实验数据，我们计算得到了水的对流传热系数。
接着，我们将热传导仪放入空气中，同样进行了温度测定。
通过对比水和空气的对流传热系数，我们发现空气的对流传热系数要远小于水的对流传热系数。
这是因为水的导热性能较好，能够更有效地传递热量。
2. 流动状态下的测定接下来，我们改变了实验装置，使流体产生流动。
通过调节流量计和阀门，我们控制了水的流速，并进行了温度测定。
根据实验数据，我们计算得到了不同流速下的对流传热系数。
通过对比不同流速下的对流传热系数，我们发现随着流速的增加，对流传热系数也随之增加。
这是因为流速的增加会增加流体与表面的接触面积，从而增加热量传递的效率。
四、实验误差分析在实验过程中，由于设备精度和操作技巧等因素的限制，可能会引入一定的误差。
例如，温度测量时由于热电偶的位置不准确或者温度计的示数偏差，都会对最终的结果产生影响。
此外，实验中还存在着一些难以控制的因素，比如流体的湍流程度、表面粗糙度等。
这些因素的变化也会对对流传热系数的测定结果造成一定的影响。
五、实验结论通过本实验的测定，我们得出了以下结论：1. 对流传热系数与流体介质的性质密切相关，导热性能较好的介质对流传热系数较大。
2. 对流传热系数与流体流动状态有关，流速的增加会使对流传热系数增加。
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)。
2-5固体小球对流传热系数的测定
2-5 固体小球对流传热系数的测定（综合性实验）第一部分综合性实验教学大纲实验课程名称：专业实验（化学工程与工艺）实验项目名称：固体小球对流传热系数测定实验类型：综合性实验实验类别：基础□专业基础□专业√实验学时：3所涉及的课程及知识点：本实验涉及化工原理、传热过程原理、化工仪表及自动化等课程，主要知识点有流化床和固定床的概念及特点、自然对流和强制对流传热以及流量和温度控制的仪器仪表等。
一、实验目的1、测定不同环境与钢球之间的对流传热系数，对所得的结果进行比较。
2、了解非稳态导热的特点以及毕奥准数（Bi）的物理意义。
3、熟悉流化床及固定床的操作特点。
二、实验内容测定固体小球在不同环境（固定床、流化床、自然对流、强制对流）下的对流传热系数。
三、实验仪器设备和材料清单固体小球对流传热系数测定装置，游标卡尺，计算机及测定软件等。
四、实验要求测定固体小球在固定床、流化床、自然对流、强制对流等不同环境下的对流传热系数。
计算反应的相关数据并按照要求完成实验报告。
五、实验步骤及结果测试开启仪器，控制加热炉温度一定，并调整好环境状态（固定床/流化床，自然对流/强制对流），稳定后，将加热到一定温度后的固体小球放在不同环境下降温，用软件采集温度数据，记录相关数据。
然后计算出固体小球在不同环境下的对流传热系数。
详细步骤参考实验教材。
六、实验报告要求要求有实验目的、实验原理、实验流程、实验步骤、实验数据记录，对实验数据进行处理，计算实验用小球的Bi准数，判断其Bi是否小于0.1。
计算四种不同条件下的对流传热系数，并进行比较。
将实验结果与理论值作比较，并对所得的实验结果进行讨论（包括误差分析、成败原因等）。
七、思考题1、对球体的选择有那些要求，为什么？2、加热炉的温度为何要控制在400-500℃，太高太低有何影响？3、不同环境或相同环境不同气速下，固体小球的对流传热系数有何不同，原因何在？第二部分 固体小球队流传热系数测定实验（参考）本实验是综合性实验，涉及化工原理、传递过程原理、化工仪表及自动化等课程，主要知识点有流化床和固定床的概念及特点、自然对流和强制对流传热以及流量和温度控制的仪器仪表等。
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。
对流传热系数的测定实验报告(实验研究)
浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：对流传热系数的测定指导教师：专业班级：姓名：学号：同组学生：实验日期：实验地点：目录一、实验目的和要求 (2)二、实验流程与装置 (2)三、实验内容和原理 (3)1.间壁式传热基本原理 (4)2.空气流量的测定 (5)3.空气在传热管内对流传热系数的测定 (6)3.1牛顿冷却定律法 (6)3.2近似法 (6)3.3简易Wilson图解法 (8)4.拟合实验准数方程式 (8)5.传热准数经验式 (9)四、操作方法与实验步骤 (10)五、实验数据处理 (11)1.原始数据： (11)2.数据处理 (11)六、实验结果 (15)七、实验思考 (16)一、实验目的和要求1）掌握空气在传热管内对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径；2）把测得的数据整理成形式的准数方程，并与教材中公认经验式进行比较；3）了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。
二、实验流程与装置本实验流程图（横管）如下图1所示，实验装置由蒸汽发生器、孔板流量计、变频器、套管换热器（强化管和普通管）及温度传感器、只能显示仪表等构成。
空气-水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行换热交换，不凝气或未冷凝蒸汽通过阀门（F3和F4）排出，冷凝水经排出阀（F5和F6）排入盛水杯。
空气由风机提供，流量通过变频器改变风机转速达到自动控制，空气经孔板流量计进入套管换热器内管，热交换后从风机出口排出。
注意：普通管和强化管的选取：在实验装置上是通过阀门（F1和F2）进行切换，仪表柜上通过旋钮进行切换，电脑界面上通过鼠标选择，三者必学统一。
图1 横管对流传热系数测定实验装置流程图图中符号说明如下表： 符号 名称 单位备注V 空气流量 m 3/h 紫铜管规格Φ19×1.5mm 有效长度1020mmF1，F2为管路切换阀门 F3，F4为不凝气排出阀 F5，F6为冷凝水排出阀t1 空气进口温度 ℃ t2 普通管空气出口温度 ℃ t3 强化管空气出口温度 ℃ T1 蒸汽发生器内的蒸汽温度 ℃ T2普通管空气出口端铜管外壁温度 ℃T3 普通管空气进口端铜管外壁温度 ℃T4 普通管外蒸汽温度 ℃ T5强化管空气出口端铜管外壁温度 ℃T6 强化管空气进口端铜管外壁温度 ℃T7强化管外蒸汽温度℃三、实验内容和原理在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。
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。
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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。