传热学传热学实验11.1 实验
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传热学实验
东北电力大学——传热学实验
实验总体目标
通过传热学实验，加深学生对传热学基本概念、基本原理的理解，直观观测或测 量热量以三种基本方式传递的过程。
在实验原理学习中掌握了温度、热流量、流体流速、电压、电流等热学相关物理 量的测量方法和原理。
通过实际动手操作，使学生能够熟练使用相关的测量仪表，培养了学生的实际动 手能力、分析问题和解决问题的能力。，
实验目录
1 球体法测量粒状材料导热系数实验 2 非稳态热脉冲法测量固体材料的导热系数和比热实验 3 空气强制横掠单管时平均换热系数测定 4 水平圆管和竖直平板自然对流热附面层演示 5 铂丝表面黑度的测定实验
1 球体法测量粒状材料导热系数实验
1.1 实验目的 在稳定状态下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数。 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。 对数据进行处理和误差分析。
热扩散系数a计算式如下：
（2-1）
式中：x-薄试件的厚度，单位：m 1-在热源工作期间内试件上表面开始升温的时间（一般控制在升温2℃左右）， 单位：h。
y2-是函数B（y）的自变量，由下式确定：
B( y) 1(x,1)( 2 2 1 ) 2 (x, 2 ) 1
式中： 1 平面热源工作时间，h； 2 热源停止工作以后，测量热源面上（x=0）的温升时刻（时间起算从热源 开始工作时开始）大约 2比 1多一倍的时间，单位：h；
Q F dt 4r 2 dt
dr
dr
代入边界条件(r=r1 时，t=t1 ； r=r2 时，t=t2 )得:
Q( 1 1 ) d1 d2
2 (t1 t 2 )
在热平衡的条件下，电源加热功率即为传热量Q：
其中：
Q=UI
λ—导热系数( W /(mo C) ) Q—热量(W)
加热器 转换开关
V
变压器
球体导热仪
电压表
图1-1 球体导热仪连线示意图
A
电流表
1.4 实验步骤
（1）参照图1－1，按接头表示符号接好转换开关、电压表、电流表，变压器 和球体导热仪。
（2）打开电源开关，观察电压表的数值是否为220伏，按下加热按钮。分别 调节可调式直流稳压电源的调节旋钮，使输出电压值为30～40伏之间，并记 下电压值和电流值。对圆球导热仪进行加热3～4个小时，使其达到稳定状态
2.3.4 试件安装
实验时，将实验本体上有机玻璃罩轻轻打开，再将四根螺栓的螺丝扭下，取 下有压紧作用的玻璃板，先安装加热膜下的试件x2,再将一支热电偶放置在薄膜加 热器面上，此时把被测材料x1放置在加热膜上，再放另一支热电偶于被测材料上， 把另一块试件x2放在x1上，必须保证三个试件叠放整齐，最后装上紧固板扭上螺 丝，盖上有机玻璃罩，将热电偶冷端放在冰瓶中，示意图如图2-1。
1.2 实验原理 两个直径不同的空心圆球，圆球壁很薄，并放在同一圆心位置பைடு நூலகம்两球之间
充满一定容量的被测颗粒状材料。内球装有一电加热器，产生热量Q沿圆球表面 法线方向通过颗粒状材料向外传递。假定内球壁面温度为t1，外球壁面温度为t2 且t1 <> t2 ，球面各点温度场均是一维的，当温度不随时间变化，达到稳定状态 时，由傅里叶定律可得通过球壁的传热量为：
内部装有电加热器，被测材料置于两同心球之间，热量通过被测材料传给外球， 然后通过外球表面与空气之间的对流传给空气，内球表面焊接了铜—康铜热电 偶，可测内球壁温t1 ，外球表面也焊接了铜—康铜热电偶，测量外球壁温t2 。
实验台面由圆球导热仪、冰瓶、电源开关、加热按钮、可微调式变压器、 电压表，电流表和转换开关。如图1-1。
2.1 实验目的 （1）由于本实验测量参数较多，可考察和培养学生的综合能力。 （2）对导热系数、热热扩散系数及比热容有比较直观的认识，并掌握快速 测试材料热物性的实验方法和技术。
2.2 实验原理 非稳态法是以不稳定导热原理为基础，在实验过程中，对被测材料施加热
脉冲，被测材料的温度发生变化，根据其变化的特点，就可以计算出被测材料 的导热系数、热扩散系数和比热。
B( y) ierfc( y)
ierfc(y)-高斯误差补函数的一次积分，即可通过ierfc（y）= B（y）查表得到 的y2值；
（x, 1）-试件上表面在时间内的温升，℃ ； （0, 2）-在 2时间内（热源停止工作 2> 1 ）热源面（x=0）的温升，℃ ； 导热系数按下式计算：
Q a ( 2 2 1 ) (W/m K) 2 (x,2 )
2.3.2 加热器
试件加热器是以聚酰亚胺薄膜为绝缘材料，康铜箔为电热材料的新型电加热 器，其厚度仅为0.13-0.20mm，加热器面积为0.0384m2,加热器电阻各组均不相等， 在实验台上各自标出。
2.3.3 热电偶
测温热电偶为铜康铜热电偶，直径为0.1mm，在测量系统中，共有2对热电 偶用于测量被测材料的上下表面温度，热电偶冷端放在冰瓶中，保持0度。
式中：Q-加热器发热表现的热源强度：
式中：R-加热器的电阻； S-加热器面积；
Q I 2R (W/m2 ) S
比热为： 2.3 实验仪器
C (J/Kg K) a0
2.3.1 试件
试件尺寸为200mm*200mm*x，有机玻璃共三块，尺寸完全相同，其中x2两块， x1一块，x1为被测材料，厚度x1=12.8mm=0.0128m，样品密度=1222Kg/m3,每块时 间厚度要均匀，上下面要平行，表面平整。
（4）待圆球导热仪达到稳定后，读取电压表和电流表显示的数值。每隔5分 钟，依次按下转换开关不同按键，并读取电压表和电流表显示的数值，最后 取五组数据的平均值。
（5）根据热电势值mv查阅铜—康铜热电偶分度表，求得各点温度值。
（6）实验结束后，关闭电源开关，拆下连接线。
2 非稳态热脉冲法测量固体材料的导热系 数和比热实验
d1—内球直径(m) d2—外球直径(m)
（1-1） （1-2） （1-3）
t1—内球温度℃ t2—外球温度℃ I—电流(A) U—电压(V) 由式（1-2） 、（1-3）即可计算获得粒状材料导热系数。
1.3 实验装置 实验装置由两个很薄的空心圆球组成，内球直径d1 =，外球直径d2 =,内球
东北电力大学——传热学实验
实验总体目标
通过传热学实验，加深学生对传热学基本概念、基本原理的理解，直观观测或测 量热量以三种基本方式传递的过程。
在实验原理学习中掌握了温度、热流量、流体流速、电压、电流等热学相关物理 量的测量方法和原理。
通过实际动手操作，使学生能够熟练使用相关的测量仪表，培养了学生的实际动 手能力、分析问题和解决问题的能力。，
实验目录
1 球体法测量粒状材料导热系数实验 2 非稳态热脉冲法测量固体材料的导热系数和比热实验 3 空气强制横掠单管时平均换热系数测定 4 水平圆管和竖直平板自然对流热附面层演示 5 铂丝表面黑度的测定实验
1 球体法测量粒状材料导热系数实验
1.1 实验目的 在稳定状态下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数。 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。 对数据进行处理和误差分析。
热扩散系数a计算式如下：
（2-1）
式中：x-薄试件的厚度，单位：m 1-在热源工作期间内试件上表面开始升温的时间（一般控制在升温2℃左右）， 单位：h。
y2-是函数B（y）的自变量，由下式确定：
B( y) 1(x,1)( 2 2 1 ) 2 (x, 2 ) 1
式中： 1 平面热源工作时间，h； 2 热源停止工作以后，测量热源面上（x=0）的温升时刻（时间起算从热源 开始工作时开始）大约 2比 1多一倍的时间，单位：h；
Q F dt 4r 2 dt
dr
dr
代入边界条件(r=r1 时，t=t1 ； r=r2 时，t=t2 )得:
Q( 1 1 ) d1 d2
2 (t1 t 2 )
在热平衡的条件下，电源加热功率即为传热量Q：
其中：
Q=UI
λ—导热系数( W /(mo C) ) Q—热量(W)
加热器 转换开关
V
变压器
球体导热仪
电压表
图1-1 球体导热仪连线示意图
A
电流表
1.4 实验步骤
（1）参照图1－1，按接头表示符号接好转换开关、电压表、电流表，变压器 和球体导热仪。
（2）打开电源开关，观察电压表的数值是否为220伏，按下加热按钮。分别 调节可调式直流稳压电源的调节旋钮，使输出电压值为30～40伏之间，并记 下电压值和电流值。对圆球导热仪进行加热3～4个小时，使其达到稳定状态
2.3.4 试件安装
实验时，将实验本体上有机玻璃罩轻轻打开，再将四根螺栓的螺丝扭下，取 下有压紧作用的玻璃板，先安装加热膜下的试件x2,再将一支热电偶放置在薄膜加 热器面上，此时把被测材料x1放置在加热膜上，再放另一支热电偶于被测材料上， 把另一块试件x2放在x1上，必须保证三个试件叠放整齐，最后装上紧固板扭上螺 丝，盖上有机玻璃罩，将热电偶冷端放在冰瓶中，示意图如图2-1。
1.2 实验原理 两个直径不同的空心圆球，圆球壁很薄，并放在同一圆心位置பைடு நூலகம்两球之间
充满一定容量的被测颗粒状材料。内球装有一电加热器，产生热量Q沿圆球表面 法线方向通过颗粒状材料向外传递。假定内球壁面温度为t1，外球壁面温度为t2 且t1 <> t2 ，球面各点温度场均是一维的，当温度不随时间变化，达到稳定状态 时，由傅里叶定律可得通过球壁的传热量为：
内部装有电加热器，被测材料置于两同心球之间，热量通过被测材料传给外球， 然后通过外球表面与空气之间的对流传给空气，内球表面焊接了铜—康铜热电 偶，可测内球壁温t1 ，外球表面也焊接了铜—康铜热电偶，测量外球壁温t2 。
实验台面由圆球导热仪、冰瓶、电源开关、加热按钮、可微调式变压器、 电压表，电流表和转换开关。如图1-1。
2.1 实验目的 （1）由于本实验测量参数较多，可考察和培养学生的综合能力。 （2）对导热系数、热热扩散系数及比热容有比较直观的认识，并掌握快速 测试材料热物性的实验方法和技术。
2.2 实验原理 非稳态法是以不稳定导热原理为基础，在实验过程中，对被测材料施加热
脉冲，被测材料的温度发生变化，根据其变化的特点，就可以计算出被测材料 的导热系数、热扩散系数和比热。
B( y) ierfc( y)
ierfc(y)-高斯误差补函数的一次积分，即可通过ierfc（y）= B（y）查表得到 的y2值；
（x, 1）-试件上表面在时间内的温升，℃ ； （0, 2）-在 2时间内（热源停止工作 2> 1 ）热源面（x=0）的温升，℃ ； 导热系数按下式计算：
Q a ( 2 2 1 ) (W/m K) 2 (x,2 )
2.3.2 加热器
试件加热器是以聚酰亚胺薄膜为绝缘材料，康铜箔为电热材料的新型电加热 器，其厚度仅为0.13-0.20mm，加热器面积为0.0384m2,加热器电阻各组均不相等， 在实验台上各自标出。
2.3.3 热电偶
测温热电偶为铜康铜热电偶，直径为0.1mm，在测量系统中，共有2对热电 偶用于测量被测材料的上下表面温度，热电偶冷端放在冰瓶中，保持0度。
式中：Q-加热器发热表现的热源强度：
式中：R-加热器的电阻； S-加热器面积；
Q I 2R (W/m2 ) S
比热为： 2.3 实验仪器
C (J/Kg K) a0
2.3.1 试件
试件尺寸为200mm*200mm*x，有机玻璃共三块，尺寸完全相同，其中x2两块， x1一块，x1为被测材料，厚度x1=12.8mm=0.0128m，样品密度=1222Kg/m3,每块时 间厚度要均匀，上下面要平行，表面平整。
（4）待圆球导热仪达到稳定后，读取电压表和电流表显示的数值。每隔5分 钟，依次按下转换开关不同按键，并读取电压表和电流表显示的数值，最后 取五组数据的平均值。
（5）根据热电势值mv查阅铜—康铜热电偶分度表，求得各点温度值。
（6）实验结束后，关闭电源开关，拆下连接线。
2 非稳态热脉冲法测量固体材料的导热系 数和比热实验
d1—内球直径(m) d2—外球直径(m)
（1-1） （1-2） （1-3）
t1—内球温度℃ t2—外球温度℃ I—电流(A) U—电压(V) 由式（1-2） 、（1-3）即可计算获得粒状材料导热系数。
1.3 实验装置 实验装置由两个很薄的空心圆球组成，内球直径d1 =，外球直径d2 =,内球