Bi0.1的物體在空氣中的冷卻規(guī)律

1、1銅柱懸掛架1個(gè)中國(guó)石油大學(xué)傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期：2012-5-21成績(jī)：教師：班級(jí)：石工09-10學(xué)號(hào):09021452姓名:任婷同組者:周霞實(shí)驗(yàn)一Bi0.1的物體在空氣中的冷卻規(guī)律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證Bi0.1的物體在無(wú)限大介質(zhì)中冷卻時(shí)，溫度只隨時(shí)間變化，與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)。2測(cè)繪出銅柱在空氣中冷卻時(shí)的溫降曲線并與理論計(jì)算結(jié)果比較。二、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)BivO.l的物體，初始溫度為t0,突然置于溫度為常數(shù)的無(wú)限大介質(zhì)中冷卻，根據(jù)能量守恒定律，放出的熱量應(yīng)等于物體本身能量的減少，即：dthA（t-1）二一pcVgdi式中：h物體表面與介質(zhì)間的放熱系數(shù)（W/（m2T）A物體的表面積（m2）T冷卻時(shí)間（

2、分）t介質(zhì)溫度（C）gc物體比熱（J/（kgC）P一物體的材料密度（kg/m3）V物體的體積（m3）t對(duì)應(yīng)于T時(shí)刻的物體溫度（C）（1）式積分可得：hA_iepcV2)t-ttt0g2）式是在假定物體冷卻時(shí)，物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度相同的情況下推倒出來(lái)的，它表明，物體的溫度只隨時(shí)間變化，與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)。這中求解方法稱(chēng)為集總熱容法。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定銅柱在空氣中冷卻時(shí)溫度隨時(shí)間的變化，驗(yàn)證上述假設(shè)是正確的。做出銅柱的溫降曲線并按（2）式計(jì)算結(jié)果做出溫降曲線，比較兩者間的差別。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備2銅柱1個(gè)3UJ36型電位差計(jì)1臺(tái)4電熱器（電爐）1個(gè)5燒杯1個(gè)6冰瓶1個(gè)7秒表1只8切換開(kāi)關(guān)1個(gè)9量具、工具若干10鎳鉻

3、-考銅熱偶線若干四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)裝置由銅柱，懸掛架和測(cè)量?jī)x表組成。銅柱懸掛在支架上，以便放入燒杯中加熱或放在空氣中冷卻。用熱電偶測(cè)量溫度。熱電偶和銅柱示意圖如下圖1-1,1-2所示：實(shí)驗(yàn)時(shí)兩人一組，自己焊接熱電偶，連接測(cè)溫線路。具體步驟如下：1測(cè)出銅柱的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括直徑、高度、質(zhì)量等。比熱可從教材中查出，密度由所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到。2把熱電偶焊接到銅柱上，并接好測(cè)溫線路。為了交替測(cè)量柱中心和邊緣點(diǎn)的溫度，要求把中心點(diǎn)和邊緣點(diǎn)的熱點(diǎn)偶焊接到切換開(kāi)關(guān)上。3把銅柱置于燒杯中，加熱至水沸騰至五分鐘后，測(cè)量銅柱初始溫度t0和室溫tf。4迅速將銅柱從水中提出，同時(shí)按下秒表計(jì)時(shí)，并把銅柱上端積水用棉紗吸干，關(guān)

4、掉電熱器（電爐），把燒杯移開(kāi)。5按表2-1中要求的時(shí)間測(cè)量銅柱的溫度（即測(cè)量熱電勢(shì)，然后查出溫度），中心點(diǎn)和邊緣點(diǎn)交錯(cuò)測(cè)量。測(cè)量時(shí)要保證所測(cè)電勢(shì)與時(shí)間一一對(duì)應(yīng)。測(cè)完后再測(cè)一次室溫。6試驗(yàn)結(jié)束后把儀器恢復(fù)原狀。7查出熱電勢(shì)對(duì)應(yīng)的溫度，記下所用銅柱的有關(guān)數(shù)據(jù)，室溫取兩次測(cè)量的平均值。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖（如下圖1-3）、銅柱數(shù)據(jù)，測(cè)試記錄及對(duì)應(yīng)的溫度（以表21的形式給出）。銅柱數(shù)據(jù)：直徑D=29.1mm高度H=46.0mm體積V=3.06X105m3比熱c=0.461KJ/(KgC)密度p=8930Kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)入=398W/(mC)室溫：22C表2-1測(cè)試記錄表中心占八、時(shí)間（分）

5、02468222426283240熱電勢(shì)（mv）6.775.805.445.124.803.333.183.042.902.712.37溫度（C）99.486.081.076.572.050.748.646.544.441.636.5邊緣占八、時(shí)間（分）035721232527293141熱電勢(shì)（mv）6.775.565.224.923.413.263.102.982.872.762.34溫度（C）99.482.777.973.651.949.848.045.644.042.436.12在直角坐標(biāo)紙上做出中心點(diǎn)和邊緣點(diǎn)的溫降曲線。溫度t為縱坐標(biāo)，時(shí)間T為橫坐標(biāo)。若試驗(yàn)結(jié)果正確，兩條溫降曲線應(yīng)基

6、本重合。8)圖1-4物體在空氣中冷卻的溫降曲線C時(shí)間/分度中心點(diǎn)*-邊緣點(diǎn)3計(jì)算放熱系數(shù)h。因?yàn)樵谡麄€(gè)冷卻過(guò)程中h是變化的，不同時(shí)刻有不同的值。而公式(2)中的h為平均值，所以在使用公式(2)是必須先求出h。求h可以有不同的方法。如取算術(shù)平均值，線性回歸等。線性回歸的方法是：對(duì)(2)式兩邊取自然對(duì)數(shù)：3)(4)1tthAln=TttpcVogln(t-1)=ln(t-1)-tg0gpcV因t,t,h,p,c,V均為常數(shù)，a也作為常數(shù)，所以溫度t只是時(shí)間t的g函數(shù)。若令h=也bAy=lnttg,x=t(5)(6)tt0ghAb=pcV代入式(3)，則有:y=bx(7)(7)式即為線性回歸方程式。

7、把所測(cè)中心點(diǎn)的溫度和對(duì)應(yīng)的時(shí)間依次代入(5)式，可求出n組y、x值，用作圖法計(jì)算出回歸系數(shù)b,再由b求出h，即：圖1-5線性回歸曲線時(shí)間/分+線性回歸曲線線性（線性回歸曲線）由線性回歸曲線得b=0.04097BpeV一0.0409x8930 x0.461x10-3x3.06x10-5H二一A3.143.14x29.1x10-3x46.0 x10-3+2xx29.12x10-64hL4.檢查B.數(shù)，分析中心點(diǎn)和邊緣點(diǎn)的溫降規(guī)律。B=一,H為銅柱表面1I九與空氣間的平均放熱系數(shù)，久為銅柱的導(dǎo)熱系數(shù)，L為定型尺寸，L二扌匕3.06x10-510L一A一314一5.5x10-3MA3.14x29.1x46.0 x10-6+2xx29.12x10-64Bi=匕=851.05X5.5X0.001/398=0.0120.1M=0.05九5.把H代入（2）式，計(jì)算出與中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的溫度并繪在同一張坐標(biāo)圖1-6物體在空氣中冷卻溫度隨時(shí)間變化圖時(shí)間/分實(shí)測(cè)中心點(diǎn)-實(shí)測(cè)邊緣點(diǎn)理論曲線紙上，做出一條溫降曲線比較，說(shuō)明其差別及原因。差別及原因:理論曲線與實(shí)測(cè)曲線的變化規(guī)律相同，即在過(guò)程的開(kāi)始階段，溫度變化很快，隨時(shí)間的延續(xù)，物體的溫度變化逐漸減小。但理論上認(rèn)為物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻不存在，由于物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的存在，理論曲線在實(shí)測(cè)曲線之上。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，我得知了Bi0.1的