南昌大学传热学实验指导书1

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实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的 温差Δt 成正比,和平板的厚度δ成反比,以及和导热系数λ成正比的关系 来设计的。
我们知道,通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长和壁宽)的稳定
导热量为:
[W] 测试时,如果将平板两面的温差Δt=TR-TL、平板厚度δ、垂直热流
方向的导热面积F和通过平板的Q测定以后,就可以根据下式得出导热 系数:
[ W/(m。℃)] 需要指出,下式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数 值,此平均温度为:
[℃] 在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值。然后将λ值标在λ-
坐标图内,就可以得出λ=f(
)的关系曲线。
3、 实验装置及测量仪表
稳态平板法测定绝热材料的实验装置如图1-1所示。 被实验材料作成二块方形薄壁平板试件,面积为300×300[mm2],实
— 辐射换热量; — 对流换热量; — 试管表面黑度; — 黑体的辐射系数; — 管壁平均温度; — 室内空气温度; — 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,是葛拉晓夫数 Gr、普朗特数Pr的函数即: 可表示成 其中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:
Pr、β、λ、ν物性参数由定性温度从教科书中查出。 该变加热量,可求得一组准则数,把几组数据标在对数坐标上得到 以Nu为纵坐标,以Gr、Pr为横坐标的一系列点,画一条直线,使大多数 点落在这条直线上或周围,根据:
为这条直线的斜率即为 ,截距为.
三、实验装置及测量仪表
实验装置有实验管(四种类型),支架、测量仪表电控箱等组成。 实验管上有热电偶嵌入管壁,可反映出管壁的温度,由安装在电控箱上 的测温数显表通过转换开关读取温度值。电加热功率则可用数显电压 表、电流表测定读取并加以计算得出。
q3=
=ε3(Eb1X13+Eb2X12)-ε3Eb3 当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时,Eb1=Eb2,并考虑到体系1、
2、3为封闭系统,则有:X13+X12=1,因此上式可写为: q3=ε3(Eb1-Eb3) (2)
由于受体3和环境主要以自然对流方式换热,因此: q3=h3(t3-tf)
(3) h3—换热系数 t3—待测物体(受体)温度 tf—环境温度
器的电压值[W]
由于设备为双试件型,导热量向上下两个试件(试件1和试件2)传导,
所以
[W] 试件两面的温差:
[℃]
TR-试件的热面温度(即t1或t2 [℃]
或t4 )[℃]
平均温度为
TL-试件的冷面温度(即t3
[℃] 平均温度为
时的导热系数:
(或
) 千焦/米 .时.℃ 或瓦/米。℃ 将不同平均温度下测定的材料导热系数在λ-
图1-1 实验装置示意图
图1-2 电路连接示意图
四、实验方法和步骤
1. 将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面,试件表面应与铜板严密 接触,不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后,应在上 面加压一定的重物,以使它们都能紧密接触。
2. 连接和仔细检查各接线电路。将主加热器与辅助加热器的接线端用导线 接至控制箱。将主加热热电偶、辅助加热热电偶、水套冷面热电偶均接 到控制箱上的相应接线端上,并将上下冷却水套的水管紧密连接在水泵 的出水口和回流处。
传热学实验指导书
南昌大学 机电学院热能与动力工程系
目录
实验一
稳态平板法测定绝热材料导系
数………………………………………………2
实验二
自由对流横管管外放热系数的测
定…………………………………………5
实验三
中温法向辐射时物体黑度的测
定………………………………………………9
Fra Baidu bibliotek
实验一 绝热材料稳态平板法导热系数测定
t3(或t4)。进行实验时,可以通过热电偶t1(或t3)和t2(或t4)测量出 一个试件的两个表面的中心温度。如图1-2所示。
温度是利用温度数显表和转换开关来测量的。主加热器的电功率是 数字电压表指示值与主加热器阻值乘积计算(该加热器冷阻和热阻一 致),即P=Q=U2/R(W),R为主加热器阻值。 [附]实验台的主要参数 1.试验材料 2.试件外型尺寸:260×260 mm2 3.导热计算面积F:200 ×200 mm2(即主加热器面积) 4.试件厚度δ:20mm 5.主加热器电阻值:100Ω 6.辅加热器(每个)电阻值:50Ω 7.热电偶材料:镍铬-镍硅 8.试件最高加热温度:≤80℃
由n个物体组成的辐射换热系统中,利用净辐射法,可以求物体i的纯
换热量Qnet.i
Qnet.i=Qabs.i-Qei
=αi
-εiEbiFi
(1)
式中:
Qnet.i—i面的净辐射换热量
Qabs.i—i面从其它表面吸收的热量
Qei—i面本身的辐射热量
εi—i面的黑度
Xki—k面对i面的角系数
Eeff.k—k面的有效辐射力
项目
电压
横管几何尺
电流

I 热量
V
室温
热电势(mV)
DL F (m) (m) (m)
Q ℃mVf 1 2 3 4 5 6 7 mV
序 D3×104 Δt tm Tm β×102 λ×102 ν×106 Pr Gr Re a Nu 号
实验三 中温法向辐射时物体黑度的测定
一、实验目的
用比较法定性的测量中温辐射时物体的黑度ε。 二、 实验原理
7.经指导教师同意,将调压器调整回零位,切段电源.
五、实验数据的整理
1.已知数据; 管径 d =80mm d=60mm d=40mm d=20mm 管长 L=1800mm L=1600mm L=1400mm L=1200mm 黑度 ε=0.11 ε=ε=ε=0.15 2.测试数据: 管壁热电势mv1、mv2、mv3、……mvn 管壁温度T1、T2、……Tn 室内空气温度 电流I、电压V。
由(2)(3)式可得:
(4)
式中σb为波耳兹曼常数,其值为5.67×10-8w/(m2.k4) 由(4)式可得不同待测物体a、b的黑度ε为:

,则
(5) 当b为黑体时,εb=1,(5)式可写成
三、实验装置
(6)
1、热源 2、传导体 3、受体 4、导轨 5、热源电压表 6、传导左电压表 7、传导右电压 表 8、电源开关 9、传导右电压旋钮 10、传导左电压旋钮 11、热源电压旋钮 12、测温 接线柱 13、切换开关 14、测温转换开关 15、温显仪
电偶的测温值)。试验经过一段时间后,试件的热面温度和冷面温度开 始趋于稳定。在这个过程中可以适当调节主加热器电源、辅助加热器电 源的电压,使其更快或更利于达到稳定状态。待温度基本稳定后,就可 以每隔一段时间进行一次电功率W(或电压V和电流I)读数纪录和温度 测量,从而得到稳定的测试结果。
5.一个工况实验后可以将设备调到另一工况,即调节主加热器功率后,再 按上述方法进行测试,得到另一工况的稳定测试结果。调节的电功率不 宜过大,一般在5~10 W为宜。
际导热计算面积F为 200×200 [mm2] , 板的厚度δ为20[mm]。 平板试件 分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下 面和水套与试件的接触面都设有铜板,以使温度均匀。利用薄膜式加热 片实现对上、下试件热面的加热,而上下导热面积水套的冷却面是通过 上循环冷却水(或通以自来水)来实现。在中间200×200[mm2]部位上安 设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下 两个试件,并通过水套的冷水带走,在主加热器四周(即200×200 mm2 之外的四侧)设有四个辅助加热器和两个热电偶t5和t6,利用t5和t6与温 度控制器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度相一致,以 免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度t1(或t2)用两个热电偶( 埋没在铜版上)来测量;而在两个试件的冷面中心分别设置热电偶
3.整理数据; 根据所测热电势算出平均值查出对应的温度,计算加热器的热量 a、 求对流放热系数 b、 查出物性参数 定性温度取空气边界层平均温度,在书的附录中查得空气的导热系 数、 热膨胀系数、运动粘度 导温系数、和普朗特数。 c、 用标准公式计算对流换热系数Nu和。
求相对误差 d、 以班组为单位整理准则方程 把求得的有关数据代入准则中可得准则式,把对应的数据标在对数 坐标纸上,几组数据可标得一条直线,求得
实验二 自由对流横管管外放热系数的测

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;
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:
四、实验步骤
1.正确连接好线路,经指导老师检查后接通电源;
2.按动控制箱上控制开关,选择任一直径的实验管进行加热,调整好调压
器,将管壁温度控制在200℃左右。
3.稳定六小时后开始测管壁温度,记下数据; 4.间隔半小时再记一次,直到两组数据接近为止; 5.取两组接近的数据取平均值,作为计算数据;
6.记下半导体温度计(用户自备)指示的空气温度或用玻璃温度计(用户自 备);
坐标中得出λ=f(
)的关系式。 表一
1
2
t1(℃)
t2(℃)
t3(℃)
t4(℃)
电压v
表二
按下 t1 t2 t3 t4
测 温℃ t1 t2 t3 t4
主控温器℃ t2 t1 t2 t2
3
辅控温器℃ t6 t5 t6 t6
六、 思考题
1. 为什么计算面积与试样面积不一样? 2.分析测试造成误差的原因。
图3-1 实验装置简图
热源腔体内由一个测温热电偶,传导圆筒腔体内有二个热电偶,受 体内有一个热电偶,分别测试热源、传导圆筒、受体的温度,其数值可 在温显仪上显示出来,他们可以通过测温转换开关来切换。
一、 测试目的
巩固和深化稳定导热过程的基本理论,学习用平板法测定绝热材料导热 系数的实验方法和技能。
2 测定实验材料的导热系数。 3 确定实验材料导热系数与温度的关系。
二、 测试原理
导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料,导热系 数是各不相同的;对同一材料,导热系数还会随着温度、压力、湿度、 物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来 测定,如果要分别考虑不同因素的影响,就需要针对各种因素加以试 验,往往不能只在一种实验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳 态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法,可以用来进行导热 系数的测定实验,测定材料的导热系数及其和温度的关系。
六、实验报告要求
1.实验目的、原理、步骤、数据整理; 2.作出直线,写出准则方程式; 3.误差分析.
七、思考题
1.怎样才能使本实验管的加热条件成为常壁温? 2.管子表面的热电偶应沿长度和圆周均匀分布,目的何在? 3.如果室内空气温度不平静,会导致什么后果? 4.本实验的 范围有多大,是否可达到紊流状态?
6.根据实验要求,进行多次工况的测试。(工况以从低温到高温为宜)
7.测试结束后,先切断加热器电源,经过10分钟左右后再关闭水泵。
五、测试结果处理
实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值 。导热
量(即主加热器的电功率):
Q=W (或IV)
[W]
W-主加热器的电功率值[W] I-主加热器的电流值[W] V- 主加热
3.检查冷却水水泵及其通路能否正常工作,各热电偶是否正常完好,校 正电位差计的零位。
4.接通加热器电源,按下加热开关按钮,并注意观察旋转调压器,调节电 压到30V到40V左右,开始加温。在加温过程中注意观察测温表的温度 (严禁一次性加温超过75度),可通过各测温点的测量来控制了解加热 情况。当按下控制箱不同按键时,所读取的温度值记录至附表一(附表 二是实验时当按下测温转换开关后从各温度显示表上所读取到的相应热
Ebi—i面为黑体时的辐射力
αi—i面的吸收率 Fi—i面面积 Fk—k面面积 根据本实验的设备情况,可以认为: 1. 热源1、传导圆筒2为黑体。 2. 热源1、传导圆筒2、待测物体3(受体),三者表面上的温度均 匀。(三者位置关系见实验装置简图) 基于以上假设,公式(1)可写成:
Qnet.3=α3(Eb1F1X13+Eb2F2X23)-ε3Eb3F3 在本装置中有:F1=F3,α3=ε3,X32=X12,又根据角系数的互换性有 F2X23=F3X32,则
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