传热学实验指导书模板Word文件下载.docx

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2、若λ≠常数,

（1）式变为

（4）

由（4）式,得

将上式右侧分子分母同乘以（t2－t1）,得

（5）

式中项显然就是λ在t1和t2范围内的积分平均值,用表示即,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。

因此,

。

这时,（5）式变为

K）]（6）

式中,为实验材料在平均温度下的热导率,

为稳态时球体壁面的导热量,

分别为内外球壁的温度,

分别为球壁的内外直径。

实验时,应测出和,并测出,然后由（3）或（6）得出。

如果需要求得λ和t之间的变化关系,则必须测定不同下的值,由

（7）

可求的值,得出λ和t之间的关系式。

三、实验设备

导热仪本体结构和测量系统如图1-1所示。

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

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,它产生的热量将经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;

材料

内球壳外径

外球壳内径

室温

测量

内球壳外面温度℃

外球壳外面温度℃

电加热器

次数

1

2

3

4

5

6

平均

电流I

电压V

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,得到新的值。

利用两种情况下的值,由（7）式求得值,得出λ和t之间的关系式。

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

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。

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[m2/s]

ν为流体运动黏度[m2/s]

定性温度用流体边界层的平均温度,鉴于实验中流体为空气,,故准则式可化为

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tw、空气温度、微压计动压头h。

至于a、ω在实验中无法直接测得,可经过计算求得,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。

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

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。

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,经过调整风量来改变数的大小,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

电加热器所产生的总热量,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,对流放热量为为

—辐射换热量;

—试管表面黑度;

—绝对黑体辐射系数;

—管壁面的平均绝对温度;

—流体的平均温度;

—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,则由能量方程式:

而

—微压计酒精的密度;

—空气的密度,根据空气的平均温度,可在有关书中查得;

—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,而准则式中的流速是指流体流过实验管最窄截面的流速,由连续性方程:

测速处流道截面积;

放试管处流道截面积;

实验管有效管长;

实验管外径;

实验管数;

测速处流体流速;

实验管截面处流速;

3．确定准则方程式:

将数据代入,得到准则数,即可在为纵坐标,以为横坐标的常见对数坐标图上,得到一些实验点,然后用直线连接起来,因:

为直线的截距,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

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?

实验数据原始记录表

风洞截面尺寸:

1.测速段截面尺寸,0.25*0.10m2

2.实验段截面尺寸,0.25*0.25m2

3.实验段有效流通面积,m2

实验管尺寸:

1.外径,m;

0.038

2.有效长度,m,0.23

实验次序

气流温度

微压计

实验管壁面温度

电流

电压

入口空气温度

出口空气温度

平均值

微压计读数

倾角比值

壁温平均值

毫伏读数

温度

A

V

℃

mm

mV