傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆ê图寄?。測(cè)定試驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過(guò)平板的到熱量Q和平板兩面的溫差t成正比，和平板的厚度h成反比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)成反比的關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)的。我們知道，通過(guò)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：Q其中：Q為傳到平板的熱量，w；為導(dǎo)熱系數(shù)，w/m℃；h為平板厚度，m；t為平板兩面溫差，℃；

tS （1）hS為平板表面積；m2；測(cè)試時(shí)，如果將平板兩面溫差t、平板厚度h、垂直熱流力向的導(dǎo)熱面積S和通過(guò)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)：Qh （2）tS其中：tTu

-T，Td

為平板上測(cè)溫度，TdT

為平板下側(cè)溫度，℃；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：t1T （）32 u d在不同的溫度和溫差條件下測(cè)出相應(yīng)的值，然后按值標(biāo)在-t得出ft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S200*200[mm2]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（或通以自來(lái)水）200*200mm2部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。加熱器四周（即2之外的四側(cè)）設(shè)有四個(gè)輔助加熱器1234，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t t h c2 2 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t和t（埋設(shè)在銅板相應(yīng)位置上t（t）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2 2 3 而在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，可以通過(guò)熱電偶（或）和熱電偶t（或t）3 [附]實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)1.試驗(yàn)材料：2.試件外型尺寸：300*300mm2F：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： Ω輔加熱器（每個(gè)）電阻值： Ω加熱偶材料： 鎳鉻—鎳硅圖1試驗(yàn)臺(tái)的電氣連接圖tt5t2圖2試驗(yàn)臺(tái)主題示意圖（1）tt5t2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；（實(shí)驗(yàn)臺(tái)上已聯(lián)接好3—2所示（或電功率表將主加熱電偶之一t（或t）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1 5偶之一t（或t）接到跟蹤控制器上的相應(yīng)接線柱上。把主熱電偶t（或t）和輔加熱電偶2 6 5 1t2（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?；螂妷篤和電流I）讀書記錄和溫度測(cè)量，從而得到穩(wěn)定的測(cè)試效果。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(guò)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。10（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：

QW(或I*V) ]

（4）式中 W—主加熱器電功率值；IA；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，所以試件兩面的溫差：

QQ1

Q W 1 (或 2 2 2

WttR-tL 式中 tg—試件的熱面溫度（即t1或t2，℃；tg—試件的冷面溫度（即t3或t4，℃。平均溫度為

t1t2 R

tL

（6）平均溫度為t時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)：

I ）2(t）R

t)F 2(tL （或

t)F w/1

(7)將不同平均溫度下測(cè)定的材料導(dǎo)熱系數(shù)繪成、關(guān)系曲線，并求出ft的關(guān)系式。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定記錄表主加熱器序號(hào)

熱面溫度tRt

冷面溫度 備tLt1 2123

192125

功率N（W） （℃）41

（℃） 注六：數(shù)據(jù)處理：主加熱器序號(hào)

熱面溫t度tR

冷面溫t度tL

平均溫

導(dǎo)熱系電流電壓V（V） 功率

（℃）

（℃） 數(shù)(w/1 21 192 21 413 250.020.0180.016>、00140.0120.01

y=-7.9'e-006次3+0.00063次2.<0.0,少

0 tvsy\ ubic\0.00835

3,6

37 38 340 41 42 43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罅私饪諝庋貦M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(guò)的知識(shí)；α；二、實(shí)驗(yàn)原理3—3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W用4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

QQ-Qc r (1)而QW

QF(tt)c w f (2)T

4

4QCF w fr 0 100 100所以

(3)W C T 4 T4

w fFt tw f式中

tw

100 100

(4)F—表面積，m2；Q—總熱量，w；Qw；rQw；c—試管表面黑度；C(5.669w/m2k0t—管壁平均溫度，℃；wt—室內(nèi)空氣溫度，℃；f—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)

r的函數(shù)即：NfG·PnNC(P·G)n

u r rC

（5）可表示成： u

r r ,

,n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)

Nad Gr

gtd3v2

(6)rP、v等物性參數(shù)由定性溫度從有關(guān)書中查出。rN G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)、 r、rP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。r根據(jù)lgNu

lgCnlgG·Pr r，使這條曲線的斜率即為n，截距為C。三、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量?jī)x表TDGC型接觸式調(diào)壓器、瓦特表、電流表、電壓表。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)；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；五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理：1、已知數(shù)據(jù)：管徑：d1d2

d40mm3

d20mm41L1

L2

L1400mm L3

1200mm11

0.152 3 42、測(cè)試數(shù)據(jù)：t管壁溫度twn室內(nèi)空氣溫度tf電流I、電壓V溫度（℃）電加熱溫度（℃）電加熱室溫序號(hào)Tw1Tw2IV功率N驗(yàn)數(shù)據(jù)處理計(jì)算自由放熱系數(shù)：

10.11，11表面積FLd1.83.140.080.45216111C)T C)壁面平均溫度:lT

W1 W22定性溫度：Tm

T序號(hào) 壁面平均溫度（℃）表面積（F序號(hào) 壁面平均溫度（℃）表面積（F）試管表面黑度 室（℃）自由運(yùn)動(dòng)放熱系數(shù)12522519.325

f;(

對(duì)于空氣體積膨脹系數(shù)：

1T273；C)C)NfG·Pn求表達(dá)式 u

r r ；根據(jù)定性溫度查表（課本559頁(yè)）以及計(jì)算得；T(C) Pm r

102/(mK)) 103 106(m2/s) Nu

G108r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(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)比較法在測(cè)量過(guò)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Q

。net.iQnet.i

Q

-Qe.idnE

-EF 1iK

eff

k ib.iiQnet.iQabs.i

i面的凈輻射換熱量；i面從其他表面的吸熱量；Qe.i

i面本身的輻射熱量；i面的黑度；idki—k面對(duì)i面的角系數(shù)；Eeff.k

k面的有效輻射力；Eb.i

i面的輻射力；di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。1232、熱源1、黑體腔體2、待測(cè)物體（受體）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 FEFnet.3

3 b.1

1..3

3b.33

F；

；

。又根據(jù)角系數(shù)的互換性F

F，1 3 3

3.2

1.2

2 3.2

31.2qQnet.33 F 33

b.1

1..3

Eb.2

1.2

-E3

b.3

3

b.1

1..3

Eb.2

1.2

-E 2b.3由于受體3與環(huán)境主要以自然對(duì)流方式換熱，因此：q-t33 3 f式中：a—換熱系數(shù)；t—待測(cè)物體（受體）溫度，℃；3tf—環(huán)境溫度?！?；由3-23、3-24公式可得：

at3

tf 43 Eb.1

1..3

Eb.2

1.2

Eb.3當(dāng)熱源1和黑體2的表面溫度一致時(shí)E 并考慮到體系123為封閉系統(tǒng)，b.1 b.23-25則： 1，由此， 公式可寫成：3-251..3 1.2 3

t -tf 3 f53 E -E T4-T4b.1 b.3 1 3公式中，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：

t

t f

t

tfa T4

T43a

b T4

T43ba 設(shè)，a=aa

a

t -t3a

T4

T43b 6 t -t

T4-T4b 3b f當(dāng)b為黑體時(shí)， 1，上式可寫成：b

1a 3at -t 3a f

T4

T43b 7a t -t3b f

T4-T43a三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如下：圖2 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖都可以通過(guò)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(guò)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（受體為待測(cè)物體，具有原來(lái)的表面狀態(tài)）和“黑體（熏黑具體步驟如下：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。用導(dǎo)線將儀器上的測(cè)溫接線柱1好。按電位差計(jì)使用方法進(jìn)行調(diào)零、校準(zhǔn)并選好量程檔。40分鐘左右，通過(guò)測(cè)溫轉(zhuǎn)換開關(guān)，測(cè)試熱源、黑體腔體左和黑體腔體右的溫度，并根據(jù)測(cè)得的溫度，微調(diào)相應(yīng)的電壓旋鈕，使其三點(diǎn)溫度盡量一致。（5分鐘之內(nèi)各點(diǎn)溫度波動(dòng)小于℃53結(jié)束。取下受體，將受體冷卻后，用松脂（帶有松脂的松木）以上實(shí)驗(yàn)，測(cè)得第二組數(shù)據(jù)。將兩組數(shù)據(jù)代入公式即可得出待測(cè)物體的黑度五、注意事項(xiàng)1、熱源及腔體的溫度不宜超過(guò)200℃。2、每次做原始狀態(tài)試驗(yàn)室，建議用汽油或酒精將待測(cè)物體表面擦干凈，否則，試驗(yàn)結(jié)果將有較大出入。六、實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算公式根據(jù)式本實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算公式為： T4T4)s s Y

（3-29） T4T4)0 0 Y s式中 ——相對(duì)黑體的黑度，該值可假設(shè)為1；0——待測(cè)物體（受體）的黑度；sT——受體與環(huán)境的溫差，℃；sT——黑體與環(huán)境的溫差，℃；0T——受體為相對(duì)黑體時(shí)熱源的絕對(duì)溫度，℃；YT'