傳熱實(shí)驗(yàn)報(bào)告固體與流體材料傳熱特性的比較試驗(yàn)課件

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固體與流體材料傳熱特性的比較試驗(yàn)第組1目錄1兩種固體材料的熱傳導(dǎo)對(duì)比實(shí)驗(yàn)2流體材料的熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)3固體材料的對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)4流體材料的對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)固體材料的熱傳導(dǎo)對(duì)比實(shí)驗(yàn)1第一部分31.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解熱傳導(dǎo)的基本概念；

了解導(dǎo)熱系數(shù)的定義以及標(biāo)定方法；

掌握幾種典型情況的導(dǎo)熱分析；

掌握使用穩(wěn)態(tài)法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)的方法；

比較不同固體、以及液體熱傳導(dǎo)性能差異；

掌握測(cè)溫?zé)犭娕嫉氖褂梅椒ā?/p>

固體與流體材料傳熱特性的比較實(shí)驗(yàn)1.2實(shí)驗(yàn)原理1.2實(shí)驗(yàn)原理

導(dǎo)熱系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定。金屬非金屬液體氣體導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的線性近似1.3實(shí)驗(yàn)步驟在金屬塊的上下兩側(cè)表面分別放置熱電偶溫度傳感器，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接；用保溫材料將金屬塊側(cè)面包裹，減少熱量的散失；打開(kāi)加熱裝置，給金屬塊加熱，采集數(shù)據(jù)；等到金屬塊上下表面的溫度趨于穩(wěn)態(tài)時(shí)，停止采集數(shù)據(jù)；測(cè)量金屬塊的尺寸以及加熱的功率。1.4實(shí)驗(yàn)裝置1.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理鋁合金板鋼板下表面穩(wěn)態(tài)溫度:

T1=100.75℃上表面穩(wěn)態(tài)溫度:T2=75.76℃下表面穩(wěn)態(tài)溫度：T1=92.82℃上表面穩(wěn)態(tài)溫度：T2=63.71℃1.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理鋼板

1.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理鋁合金板

1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果材料實(shí)驗(yàn)值理論值（常溫）誤差鋼8.949-81.8%鋁7.9107-92.6%兩種金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K)1.3誤差分析1.實(shí)驗(yàn)中所使用的加熱板面積比金屬材料的底面積略大，而且由于加熱板受熱的不均勻，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了比較大的誤差；2.被加熱金屬塊雖然在四周包上了保溫材料，減緩了與環(huán)境的熱交換，但是熱量散失還是無(wú)法避免的，在這個(gè)過(guò)程中散失了一定熱量致使上下板溫差變大，導(dǎo)致最后導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果偏??；3.加熱的功率略大，使得達(dá)到穩(wěn)態(tài)更為困難，也耗時(shí)更長(zhǎng)，也造成了比較大的誤差；4.由于時(shí)間還有實(shí)驗(yàn)條件所限，其實(shí)金屬塊尚未完全達(dá)到穩(wěn)態(tài)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性帶來(lái)一定的影響；5.測(cè)量過(guò)程中存在著比較大的誤差，比如加熱功率是通過(guò)電壓平方除以電阻的方式計(jì)算的，與真實(shí)功率有一定偏差。流體材料的熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)2

第二部分142.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解熱傳導(dǎo)的基本概念；

了解導(dǎo)熱系數(shù)的定義以及標(biāo)定方法；

掌握幾種典型情況的導(dǎo)熱分析；

掌握使用穩(wěn)態(tài)法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)的方法；

比較不同固體、以及液體熱傳導(dǎo)性能差異；

掌握測(cè)溫?zé)犭娕嫉氖褂梅椒ā?/p>

固體與流體材料傳熱特性的比較實(shí)驗(yàn)2.2實(shí)驗(yàn)原理2.2實(shí)驗(yàn)原理一維，穩(wěn)態(tài)，常物性，無(wú)內(nèi)熱源圓柱坐標(biāo)系求積：2.2實(shí)驗(yàn)原理

整理得2.3實(shí)驗(yàn)步驟在盛滿油的燒杯中心置加熱器，在距離其不同距離的地方放置熱電偶采集溫度；打開(kāi)加熱裝置，觀察距離加熱棒不同距離的溫度變化情況當(dāng)不同位置間溫差達(dá)到一個(gè)基本穩(wěn)定值時(shí)，視為達(dá)到穩(wěn)態(tài)停止采集數(shù)據(jù)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。2.4實(shí)驗(yàn)儀器2.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理溫差趨于2.21℃溫差趨于1.45℃2.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2.6誤差分析1.流體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，熱阻很大，也就是說(shuō)對(duì)流換熱在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中不能被忽略，而且是占主導(dǎo)因素，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，看到在加熱棒這個(gè)功率的加熱下，不同位置的油之間的溫差也是很大的，所以對(duì)流換熱不能忽略；2.為了減少對(duì)流換熱的影響，應(yīng)采用盡可能小功率的加熱，減小各點(diǎn)的溫差，而這又使得測(cè)量溫差的難度增大；3.由于實(shí)際情況下，無(wú)法滿足一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的條件，比如上下表面并非絕熱面，也對(duì)實(shí)驗(yàn)造成了比較大的誤差；4.外部環(huán)境也對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了影響，比如風(fēng)和振動(dòng)會(huì)讓流體產(chǎn)生對(duì)流。固體材料的對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)3第三部分24實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馐煜ね獠繉?duì)流固體繞流的對(duì)流模式；

通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握對(duì)流傳熱系數(shù)h的測(cè)定方法，并分析影響因素；

學(xué)習(xí)如何用實(shí)驗(yàn)方法求出描述過(guò)程規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式，并檢驗(yàn)通用的對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高對(duì)關(guān)聯(lián)式的理解，進(jìn)一步了解影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素；

掌握測(cè)溫?zé)犭娕嫉氖褂梅椒ā?/p>

固體與流體材料傳熱特性的比較實(shí)驗(yàn)固體與流體材料傳熱特性的比較實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理對(duì)流是在高溫物體表面被加熱后的流體向低溫物體表面移動(dòng)的傳熱方式。對(duì)流有自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流之分。

自然對(duì)流：因流體自身密度差產(chǎn)生的流動(dòng)；

強(qiáng)迫對(duì)流：因風(fēng)機(jī)等強(qiáng)制方式使流體移動(dòng)而產(chǎn)生的流動(dòng)任何關(guān)于對(duì)流的研究最終都?xì)w結(jié)為確定換熱系數(shù)h的方法的研究。我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定得到h，也可以根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)式得到理論值h。

實(shí)驗(yàn)原理通過(guò)記錄壁面溫度的變化，根據(jù)上式得到表面的換熱系數(shù)h圓柱繞流圖片Q風(fēng)險(xiǎn)管理主要分為兩類(lèi)：可以得到圓柱溫度隨時(shí)間變化規(guī)律：

實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流實(shí)驗(yàn)步驟取需進(jìn)行試驗(yàn)的圓柱，利用工具測(cè)量選用圓柱的直徑和長(zhǎng)度；將圓柱安放到支架上，連接熱電偶，打開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；打開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)，利用手持式風(fēng)速儀測(cè)量圓柱表面風(fēng)速；觀察圓柱降低一定溫度后，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。固體對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理金屬類(lèi)型直徑（mm）長(zhǎng)度（cm）強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)速（m/s）固體對(duì)流不銹鋼圓柱4.01.2固體強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理不銹鋼圓柱

固體強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理不銹鋼圓柱擬合曲線方程：

-0.0022t+1.3868固體自然對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理不銹鋼圓柱不銹鋼圓柱自然對(duì)流擬合曲線方程：

固體對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理強(qiáng)迫對(duì)流

固體對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理自然對(duì)流

固體對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理金屬類(lèi)型誤差自然對(duì)流不銹鋼圓柱54.0%強(qiáng)迫對(duì)流不銹鋼圓柱44.20%誤差分析本實(shí)驗(yàn)流體對(duì)流和固體對(duì)流都選用了鼓風(fēng)機(jī)這一裝置，而鼓風(fēng)機(jī)的功率可能會(huì)有實(shí)時(shí)變化，故風(fēng)速也會(huì)有變化，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不處于穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)有一定的誤差產(chǎn)生；不同位置的風(fēng)速是不同的，且圓柱表面溫度也存在差異，也會(huì)造成誤差；我們采用集中參數(shù)法，實(shí)際上內(nèi)外溫度是有差異的，實(shí)際總散熱量應(yīng)小于計(jì)算值。故實(shí)際測(cè)得換熱系數(shù)偏大。

流體材料的對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)4

第四部分38實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

對(duì)流體對(duì)流概念有清晰的認(rèn)識(shí)，并選擇最合適的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握對(duì)流傳熱系數(shù)h的測(cè)定方法，并分析影響因素；

學(xué)習(xí)如何用實(shí)驗(yàn)方法求出描述過(guò)程規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式，并檢驗(yàn)通用的對(duì)流傳熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高對(duì)關(guān)聯(lián)式的理解，進(jìn)一步了解影響對(duì)流傳熱系數(shù)的因素；

掌握測(cè)溫?zé)犭娕嫉氖褂梅椒ā?/p>

固體與流體材料傳熱特性的比較實(shí)驗(yàn)固體與流體材料傳熱特性的比較實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理Q風(fēng)險(xiǎn)管理主要分為兩類(lèi)：通過(guò)測(cè)量t1、t2、v、d、L計(jì)算流體換熱系數(shù)流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，由于溫差作用與外界存在熱交換。在流體充分發(fā)展之后，在均勻壁溫的熱邊界條件下，傳熱滿足牛頓冷卻定律實(shí)驗(yàn)原理管槽內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流傳熱關(guān)聯(lián)式當(dāng)加熱流體時(shí)，n=0.4；冷卻流體時(shí)，n=0.3；Re=104~1.2*105，Pr=0.7~1.20，l/d>=60

實(shí)驗(yàn)步驟將裝置如圖連接好，在箱體內(nèi)裝滿水；連接好吹風(fēng)機(jī)和管口，并在管進(jìn)入水箱、離開(kāi)水箱和箱體液態(tài)水中分別放置一個(gè)熱電偶；開(kāi)啟吹風(fēng)機(jī)，并開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，并測(cè)量管內(nèi)風(fēng)速；一段時(shí)間后停止數(shù)據(jù)收集，關(guān)閉吹風(fēng)機(jī)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)金屬類(lèi)型冷卻段長(zhǎng)度（mm）管徑（mm）風(fēng)速（m/s）入口溫度（℃）出口溫度（℃）水溫（℃）管內(nèi)對(duì)流不銹鋼圓管3248.0036.635.1對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理理論值：計(jì)算得ReD=ρvD/μ=10081>10000，采用Dittus-Boelter公式：NuD=0.023ReD0.8Prn而實(shí)驗(yàn)中水浴溫度低于空氣溫度，所以取n=0.3，代入數(shù)據(jù)得到：NuD=32.95

h0=NuD*λ/D=28.58W·m-2·K-1實(shí)驗(yàn)值：誤差：φ=(h-h理論)/h理論*100%=15.6%

對(duì)流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理誤差管內(nèi)對(duì)流32.9528.5815.61%32.950.27%由于l/d=14.2<60,屬于短管，需考慮入口效應(yīng)，故對(duì)其進(jìn)行修正誤差分析水浴溫度，管的出入口處溫度并不是恒定不變的，因此我們?nèi)〉氖且欢螘r(shí)間內(nèi)的平均值來(lái)計(jì)算，對(duì)結(jié)果的精確性有一定影響。水箱內(nèi)水的溫度并不是完全均勻的，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也存在一定影響?？諝饬魉僭诠軆?nèi)也是分