傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告?zhèn)鳠釋W(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：安全工程（單）0901姓名：學(xué)號(hào)：01第一節(jié)穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康撵柟毯蜕罨€(wěn)定導(dǎo)熱過程的基本理論，學(xué)習(xí)用平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)方法和技能。測(cè)定試驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。確定試驗(yàn)材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對(duì)于不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是各不相同的，對(duì)同一材料，導(dǎo)熱系數(shù)還會(huì)隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和重度等因素而變異。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)都用試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定，如果要分別考慮不同因素的影響，就需要針對(duì)各種因素加以試驗(yàn)，往往不能只在一種實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行。穩(wěn)態(tài)平板法是一種應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的基本原理來(lái)測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，可以用來(lái)進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的到熱量Q和平板兩面的溫差A(yù)t成正比，和平板的厚度h成反比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)九成反比的關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)的。我們知道，通過薄壁平板（壁厚小于十分之一壁長(zhǎng)和壁寬）的穩(wěn)定導(dǎo)熱量為：九Q=_*At*S （1）h其中：Q為傳到平板的熱量，w；九為導(dǎo)熱系數(shù)，w/m°C；h為平板厚度，m；At為平板兩面溫差，C；S為平板表面積；m2；測(cè)試時(shí)，如果將平板兩面溫差A(yù)t、平板厚度h、垂直熱流力向的導(dǎo)熱面積S和通過平板的熱流量Q測(cè)定后，就可以根據(jù)下式得出導(dǎo)熱系數(shù)：2）.Q*h2）人=At*S其中：At=|T-T，Tu為平板上測(cè)溫度，Td為平板下側(cè)溫度，C；ud u d這里，公式2所得出的導(dǎo)熱系數(shù)是在當(dāng)時(shí)的平均溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，此平均溫度為：t=1（T2ud在不同的溫度和溫差條件下測(cè)出相應(yīng)的九值，然后按九值標(biāo)在九-1坐標(biāo)圖內(nèi)，就可以得出九二f￡）的關(guān)系曲線。三、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試儀器穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)的電器連接圖和實(shí)驗(yàn)裝置如圖1和圖2所示。被試驗(yàn)材料做成兩塊方形薄壁平板試件，面積為300*300［mm2］，實(shí)際導(dǎo)熱計(jì)算面積S為200*200［mm2］，平板厚度h［mm］。平板試件分別被夾緊在加熱器的上下熱面和上下水套冷面之間。加熱器的上下面、水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下試件熱面的加熱，而上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水（或通以自來(lái)水）來(lái)實(shí)現(xiàn)。在中間200*200mm2部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為了使住加熱器的熱量能夠全部單項(xiàng)通過上下兩個(gè)試件，并通過水套的冷水帶走，在主加熱器四周（即200*200mm2之外的四側(cè)）設(shè)有四個(gè)輔助加熱器（1、2、3、4），利用專用的溫度跟蹤控制器使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度th和水套冷面的中心溫度tc用四個(gè)熱電偶來(lái)測(cè)量，輔助加熱器1和輔助加熱器1的熱面也分別設(shè)置兩個(gè)輔熱電偶t2和t6（埋設(shè)在銅板相應(yīng)位置上），其中一個(gè)輔熱電偶t2（或t6）接到溫度跟蹤控制器上，與主加熱器中心接來(lái)的主熱電偶t：的溫度信號(hào)相比較，通過跟蹤器使全部輔加熱器都跟蹤到與主加熱器的溫度相一致。而在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，可以通過熱電偶t（或t：）和熱電偶t3（或t4）測(cè)量出一個(gè)試件的兩個(gè)表面的中心溫度。也可以再測(cè)量一個(gè)輔熱電偶的溫度，以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況，溫度是利用儀器直接讀取數(shù)值。主加熱器的電功率可以用電功率表或電壓表和電流表來(lái)測(cè)量。［附］實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)試驗(yàn)材料：試件外型尺寸：300*300mm2導(dǎo)熱計(jì)算面積F：200*200mm2（即主加熱器的面積）

試件厚度h： mm（實(shí)測(cè)）主加熱器電阻值： Q輔加熱器（每個(gè)）電阻值：Q加熱偶材料：鎳鉻—鎳硅8?試件最高加熱溫度：80°C8?試件最高加熱溫度：80°CtA加熱轄3 輔加粗辭1嬸加熱壽4軸加熾齡2圖圖1試驗(yàn)臺(tái)的電氣連接圖掙卻水址出口圖2試驗(yàn)臺(tái)主題示意圖（1）

:冷卻水進(jìn)出口（上）匚下水窘熱電假t3主協(xié)電偶（下）勺上水套熱電偶4*刪嘶2:冷卻水進(jìn)出口（上）匚下水窘熱電假t3主協(xié)電偶（下）勺上水套熱電偶4*刪嘶2鞠加熱器3百斤YY輛加熱器1轆熱電偶《cmz主鵝電?（±）it_沖水進(jìn)出口（下亍G<軌抑軸淤4<主加熱棵上一一0t2圖2試驗(yàn)臺(tái)主題示意圖（2）四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟將兩個(gè)平板試件仔細(xì)地安裝在主加熱器的上下面，試件表面應(yīng)與銅板嚴(yán)密接觸，不應(yīng)有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應(yīng)在上面加壓一定的重物，以使它們都能緊密接觸。聯(lián)接和仔細(xì)檢查各接線電路。將主加熱器的兩個(gè)接線端用導(dǎo)線接至主加熱器電源；而四個(gè)輔助加熱器經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路（實(shí)驗(yàn)臺(tái)上已聯(lián)接好），并按圖3—2所示聯(lián)接到輔助加熱器電源和跟蹤控制器上。電壓表和電流表（或電功率表）應(yīng)按要求接入電路。將主加熱電偶之一t1（或t5）接到跟蹤控制器面板上左側(cè)的主熱電偶接線柱上，而將輔助電偶之一t2（或t6）接到跟蹤控制器上的相應(yīng)接線柱上。把主熱電偶t5（或J）和輔加熱電偶t2（或t6）都接到穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)儀上。檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，各熱電偶是否正常完好，檢查穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)儀是否連接好。接通加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合適的電壓，開始加溫，同時(shí)開啟溫度跟蹤控制器。在加熱過程中，可通過各測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)量控制盒了解加熱情況。開始時(shí)，可先不啟動(dòng)冷水泵，待試件的熱面溫度達(dá)到一定水平后，再啟動(dòng)水泵（或接通自來(lái)水），向上下水套通入冷卻水。試驗(yàn)經(jīng)過一段時(shí)間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開始趨于穩(wěn)定。在這過程中可以適當(dāng)調(diào)節(jié)主加熱器電源、輔加熱器電源的電壓，使其更快或更利于達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次電功率W（或電壓V和電流I）讀書記錄和溫度測(cè)量，從而得到穩(wěn)定的測(cè)試效果。各工況試驗(yàn)后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，即調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進(jìn)行測(cè)試，得到另一工況的穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果，調(diào)節(jié)的電功率不宜過大，一般在5~10W為宜。根據(jù)試驗(yàn)要求，進(jìn)行多次工況的測(cè)試。（工況以從低溫到高溫為宜）。測(cè)試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，并關(guān)閉跟蹤器，經(jīng)過10分鐘左右后再關(guān)閉水泵（或停放自來(lái)水）。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取試驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量（即主加熱器的電功率）：Q=W（或I*V） [w] （4）式中W—主加熱器電功率值，w；I—主加熱器的電流值，A；V—主加熱器的電壓值，V。由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個(gè)試件（試件1和試件2）傳到，所以TOC\o"1-5"\h\zQ=Q=Q=W（或11V） W112222 W試件兩面的溫差：\o"CurrentDocument"At=t-1 fc]RL （5）式中 tg—試件的熱面溫度（即\或12），°C;tg—試件的冷面溫度（即13或t4），°C。

平均溫度為t=平均溫度為t=2°R+tL)Ec]平均溫度為t時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù):w52(t—t)FRL將不同平均溫度下測(cè)定的材料導(dǎo)熱系數(shù)繪成w52(t—t)FRL將不同平均溫度下測(cè)定的材料導(dǎo)熱系數(shù)繪成九、(或2(tR-ti)卩)Ew/mC]九-ff)關(guān)系曲線，并求出-ft的關(guān)系式。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定記錄表序號(hào)主加熱器熱面溫度tR(C)冷面溫度tL(C)備注電流丨(mA)電壓V(V)功率N(W)1211922141325六：數(shù)據(jù)處理:序號(hào)主加熱器熱面溫度tR(C)冷面溫度tL(C)平均溫度(C)導(dǎo)熱系數(shù)(w/電流丨(mA)電壓V(V)功率N(W)1211922141325第二節(jié)空氣沿橫管表面自由運(yùn)動(dòng)放熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵??了解空氣沿橫管表面自由運(yùn)動(dòng)放熱的實(shí)驗(yàn)方法，鞏固課堂上學(xué)過的知識(shí)；2?測(cè)定單管的自由運(yùn)動(dòng)放熱系數(shù)A3?根據(jù)對(duì)自由運(yùn)動(dòng)放熱相似分析，整理出準(zhǔn)則方程式。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-3所示。主要由試驗(yàn)管、熱電偶、電位差計(jì)、自耦變壓器、瓦特表等組成，實(shí)驗(yàn)裝置提供四根不同直徑、不同長(zhǎng)度的試驗(yàn)管，試驗(yàn)管的結(jié)構(gòu)如圖3—4所示。四根不同直徑的試驗(yàn)管分別水平地懸掛在兩幅可升降的支架上，試驗(yàn)管中間裝有電熱加熱，其電源線在管的兩端引出，可以通過自耦變壓器以給定電壓使試驗(yàn)管加熱，其加熱功率W用瓦特表測(cè)定，每個(gè)試驗(yàn)管上有4個(gè)熱電偶嵌入管壁，反映管壁溫度的熱電勢(shì)，用電位差計(jì)來(lái)測(cè)定。自耦變壓器 瓦特表 穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)儀圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖2試驗(yàn)管結(jié)構(gòu)示意圖圖2試驗(yàn)管結(jié)構(gòu)示意圖1-電源引出線；2-電源引出孔；3-聚苯乙烯泡沫；4-絕熱材料；5-電加熱器試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試驗(yàn)管進(jìn)行加熱，熱量是以對(duì)流和輻射兩種方式散發(fā)的，對(duì)流換熱量為總熱量與輻射換熱量之差，即即Qc二Q-QQc’F(tw-tf)/T/T、——1100丿/T、—1100丿所以/T、——1100丿式中F—表面積，m2；w；Q—總熱量，ww；Q—輻射換熱量，W；W；Q—對(duì)流換熱量，c￡—試管表面黑度；C—黑體的輻射系數(shù)(5.669w/m2k)；0t—管壁平均溫度，°C；wt—室內(nèi)空氣溫度，C；a一自由運(yùn)動(dòng)放熱系數(shù)。N G P根據(jù)相似理論，對(duì)于自由對(duì)流放熱，怒謝爾系數(shù)U格拉曉夫數(shù)r朗特?cái)?shù)Pr的函數(shù)即:N=f(G?Purr可表示成：C(P?Gr)n，其中，C』驗(yàn)確定的常數(shù)。為了確定上述關(guān)系式的具體形式，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果求出準(zhǔn)則數(shù)ad(6)G=gAt0d3(6)rv2Pr、九、b、V等物性參數(shù)由定性溫度從有關(guān)書中查出。NG改變加熱了，可求得一組準(zhǔn)則數(shù)，把幾組數(shù)據(jù)標(biāo)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)得到以u(píng)為縱坐標(biāo)、Gr、Pr為橫坐標(biāo)的一系列點(diǎn)，換一條直線，是大多數(shù)點(diǎn)落在這條線上或周圍。根據(jù)lgNu二lgC+nlg使這條曲線的斜率即為n,截距為Co三、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量?jī)x表實(shí)驗(yàn)裝置由四根不同直徑、不同長(zhǎng)度的試驗(yàn)管組成，測(cè)量?jī)x表有穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)儀、TDGC型接觸式調(diào)壓器、瓦特表、電流表、電壓表。試驗(yàn)管上有熱電偶嵌入管壁，可反映管壁的熱電勢(shì)，電位差計(jì)用于測(cè)量室內(nèi)和管壁熱電勢(shì)；穩(wěn)壓器可穩(wěn)定輸入電壓，使加熱管的熱量保持一定；電壓、電流表測(cè)定電加熱器的電壓與電流。四、 實(shí)驗(yàn)步驟按電路圖接好線路，經(jīng)老師指導(dǎo)檢查無(wú)誤后接通電源；調(diào)整調(diào)壓器對(duì)試驗(yàn)管進(jìn)行加熱；穩(wěn)定六小時(shí)后開始測(cè)管壁溫度，記錄數(shù)據(jù)；每隔30分鐘記錄一次，直到兩組數(shù)據(jù)接近為止；取兩組接近的數(shù)據(jù)的平均值，作為計(jì)算數(shù)據(jù)；記錄溫度計(jì)表示的空氣溫度值；將調(diào)壓器調(diào)整回零位，切斷電源。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理：1、已知數(shù)據(jù)：管徑管長(zhǎng)黑度d=80mmd=60mmd=40mmd=20mm管徑管長(zhǎng)黑度1234L=1800mmL=1600mmL-1400mmL=1200mm12348=0.11 &=&=&=0.151 2 3 42、測(cè)試數(shù)據(jù)：管壁溫度twn室內(nèi)空氣溫度tf電流I、電壓V空氣沿圓管表面對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)記錄表序號(hào)溫度（°C）電加熱室溫-|"w1"I"w2電流I電壓V功率N驗(yàn)數(shù)據(jù)處理計(jì)算自由放熱系數(shù)有實(shí)驗(yàn)資料數(shù)據(jù)得管徑：d有實(shí)驗(yàn)資料數(shù)據(jù)得管徑：d1=80mm，管長(zhǎng):L=1800mm 8=0.111 ，黑度：1表面積F=兀Ld=1.8x3.14x0.08=0.4521611壁面平均溫度：|T=-1:62；（序號(hào)壁面平均溫度（C）表面積（F）試管表面黑度8室溫（C）自由運(yùn)動(dòng)放熱系數(shù)a12522519.325T+T 1定性溫度：T= f；（C） 對(duì)于空氣體積膨脹系數(shù)：0=m2 /+273m求表達(dá)式；根據(jù)定性溫度查表（課本559頁(yè)）以及計(jì)算得；求表達(dá)式；根據(jù)定性溫度查表（課本559頁(yè)）以及計(jì)算得；T(°C)mPr九X102(W/(m?K))卩X103vx106(m2/s)NuGx10-8r第三節(jié)法向輻射率測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)中溫輻射物體黑度測(cè)試儀的使用方法。2、 定性的測(cè)量中溫輻射時(shí)物體的黑度。3、 通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)比較法在測(cè)量過程中的應(yīng)用。二、 實(shí)驗(yàn)原理又n個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng)中，利用凈輻射法，可以求物體i的純換熱量Qnet.iQ=Q-Qnet.i abs.ie.i二d工JE屮（dk）dF-sEF 1i eff.k k ib.iiK=1Qne1.ine1.i—i面的凈輻射換熱量；Qabs.iabs.i—i面從其他表面的吸熱量；Qe.i—e.ii面本身的輻射熱量；e—i面的黑度；i屮（dk>—k面對(duì)i面的角系數(shù);E—k面的有效輻射力；eff.kE—i面的輻射力；b.id—i面的吸收率；iF—i面面積。i根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備情況，可以認(rèn)為：1、 熱源1、黑體腔體2為黑體。2、 熱源1、黑體腔體2、待測(cè)物體（受體）3，它們表面上的溫度均勻。123圖1輻射換熱測(cè)試主體1-熱源；2-黑體腔體；3-待測(cè)物體（受體）因此，公式3-22可寫成：Q二a（EF屮）-sEFnet.3 3b.111..3 3b.331.2因?yàn)椋篎i二F3；a3之3；?叫。又根據(jù)角系數(shù)的互換性F2￡.2二F3'1.2q二Qnet.3=s（E 屮+E屮）-sE=s（E 屮+E屮-E）3F3 b.11..3 b.21.2 3b.3 3 b.11..3 b.21.2 b.3由于受體3與環(huán)境主要以自然對(duì)流方式換熱，因此：a（t-1）3f式中：a—換熱系數(shù)；X—待測(cè)物體（受體）溫度，C；tf—環(huán)境溫度°C；由3-23、3-24公式可得：a(t-t)&— 3 f-3E屮+E屮-Eb.11..3 b.21.2 b.3當(dāng)熱源1和黑體2的表面溫度一致時(shí)，Eb.1—Eb.2，并考慮到體系1、2、3為封閉系統(tǒng)則：屮13+屮1.2-1，由此，3-25公式可寫成:a(t-t)& — 3 —3E-Eb.1 b.3a‘_匚)Q(T4-T413公式中，Q為斯蒂芬-玻爾茨曼常數(shù)，其數(shù)值為*10-8w/m2k4。對(duì)不同待測(cè)物體（受體）a、b的黑度￡為:a(t-t)￡—(-3a ￡—aQT4-T4b

1a3a設(shè)，a=ab，貝9：ab-t—fT41b3b￡ t -t T4-T4——3a 4?1b 3b￡ t -t T4-T4b3b f 1a 3a當(dāng)b為黑體時(shí)，￡b-1，上式可寫成:t -t T4 -T4￡ — 3a 匚? 1b 3bat-t T4-T43b f 1a 3a三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如下：圖2實(shí)驗(yàn)裝置示意圖1—ffiifi!!2—黑怵統(tǒng)博；—披騙受體：#—導(dǎo)軌：3—鼎佯媼偉右加畫電壓表；6—墨體腔怖左加熱電壓農(nóng)；丁一電源黑體腔體右加熱電壓表；自一期薜膽壓醍紐；9-黑體腔萍左電壓捷紐：10—黒懷腔體右電壓監(jiān)珂：口一甜溟接線柱；lAfffSl轉(zhuǎn)抉開關(guān)；13—電源開關(guān)熱源腔體具有一個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?，傳?dǎo)腔體有兩個(gè)熱電偶，受體有一個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?，他們都可以通過琴鍵轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)切換。四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟本儀器用比較法定量地測(cè)定被測(cè)物體的黑度，具體方法是通過三組加熱器電壓的調(diào)整（熱源一組，黑體腔體二組），使熱源和黑體腔體的測(cè)溫點(diǎn)穩(wěn)定在同一溫度上，然后分別將“待測(cè)”（受體為待測(cè)物體，具有原來(lái)的表面狀態(tài)）和“黑體”（受體仍為待測(cè)物體，但表面熏黑）兩種狀態(tài)的受體在相同的溫度條件下，分別測(cè)出受到輻射后的受體溫度，就可按公式計(jì)算出待測(cè)物體的黑度。具體步驟如下：1?熱源腔體和受體腔體（使用具有原來(lái)表面狀態(tài)的物體作為受體）靠緊黑體腔體。2?用導(dǎo)線將儀器上的測(cè)溫接線柱11與電位差計(jì)上的“未知”接線柱“+”、“一”極聯(lián)結(jié)好。按電位差計(jì)使用方法進(jìn)行調(diào)零、校準(zhǔn)并選好量程（*1檔）。3?通電源，調(diào)整熱源、黑體腔體左和黑體腔體右的調(diào)溫旋鈕，使其相應(yīng)的