传热学实验详细.docx

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1、平板法测导热系数实验 （一）一、 实验目的（1） 理解一维稳态导热概念（2） 用平板法测定保温材料的导热系数（3） 确定导热系数随温度变化的关系二、 实验原理对于一维稳态导热傅立叶定律的数学表达式为6F = l A (Tdk- T )cl ：导热系数；A ：平板垂直于导热方向的导热面积d ：平板厚度； Tk 、Tc ：平板两侧的温度基于上述原理，该实验测定保温材料的导热系数。即l =F dA (Tk- T )c在实验中需要测得：试验材料的厚度d ，试验材料的面积 A ， 通过该面积的热流量F ，试验材料的两侧表面的温度T 、T 。kc三、 实验装置及测量仪表实验本体如下图所示：被试验材料做成两

2、块方形薄壁平板试件1，面积为 270mmX270mm， 厚度为 20mm。其中板中心部位面积为200mmX200mm 的地方为有效测试面积，由主加热器 2 加热、四周剩下的面积由辅助加热器 3 加热。辅助加热器在自动控制器件的作用下，将四周面积的温度调到与有效试验面积200mmX200mm的温度 保持一致。电加热器 2、3 产生的热量通过试材 1，被冷却水 4 带走。上下两块试材的材质、尺寸大小相同。在设备外围设有保温性能较好的材料 5，以确保热量只朝上下两方向传递。电加热器的功率P 可由仪表读出，试件两侧面的温度T 、T 、T 、123T （如图a 所示）由测温元件测出。温度测点T 、T 布

3、置在试件的内456侧表面，起到监控辅助加热器的作用。即它们的值应该与T 、T 保持12一致。当试件上下的传热条件基本一致时，通过每块试材试验区的热流量将是电功率的一半，即= P = UI / 2 。53213455464TTTTTT1231-试材；2、3-电加热器； 4-冷却水套；5-保温层四、 实验步骤1、将试材烘干。2、记录试材的厚度，两块试材的平均厚度之差应小于1mm，并仔细的将试材装入实验装置内，将热电偶点紧贴在试材的两表面上。3、按图接线，开启水泵，接通冷却水，合上电源加热，经一段时间后测量温度值，以后每隔十分钟测量数据一次，和前面的数据进行比较，直到观察到系统达到热稳定状态为止。、

4、改变电加热器的电流、电压，待系统达到热稳定后再次记录所需要的数据。、实验数据经老师审阅之后，整理现场方可离开。五、 实验结果整理对于大多数保温材料其导热系数k 随温度变化有以下线性关系：l = l0(1 + bt )式中：b- 比例常数；l - 温度为零时材料的导热系数。0实验时改变温度，材料的导热系数随温度变化，实验测得的导热系数l 实际上是材料平均温度t时的导热系数。记录不同平均温度下的导m热系数值l以后，以l为纵坐标，以t为 横坐标，描出l = f (t)mm曲线。当tm= 0 时纵坐标的横距为l0， 比例常数b 为：(lb = m- l ) / 20l0tg a= l0tg a 为直线

5、的斜率。也可以用曲线拟合的办法求出关系式。水平管外空气自然对流换热系数的测定 （二）一、实验目的和要求：1. 测定单管的自然对流换热系数h；2. 掌握大空间自然对流换热用到的准则数；2. 比较测量的值和用Churchill-Chu 准则关联式计算的值二、实验原理：对钢管进行电加热，热量应是对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量为总热量与辐射换热量之差，即：F = F+ FcrF= h A ( t- t) ，cwf T 4 T 4 F= e C A w - f ro 1 0 0 1 0 0 FC e T 4 T 4 h = () - (o) w - f （1）A t- twft- twf 1

6、 0 0 1 0 0 F 辐射换热量；rF 对流换热量；ch 自然对流换热系数；A 换热面积（这里即管外壁面积）e 试管表面黑度；C= 5 .67 W m 2 K 4 黑体的辐射系数；0t w管壁平均温度 C ；t f 室内空气温度 C ；根据相似理论，努谢尔特数Nu 是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr 的函数。Churchill 和Chu 推荐如下关联式：0.3 87(G r P r ) 21 / 6N u= 0.6 + d（2）d 1 + (0.5 59 / P r )9 / 16 8 / 27 定性定温型度尺寸用管，外经dt+ tt=wf m2适用范围G r1P。0-6三、实验装置及测量仪表

7、：实验装置有试验管（四种类型），测量仪表有电位差计、TDGC 型接触式调压器、稳压器、功率表。试验管上有几个热电偶测点，测点嵌入管壁，其产生的热电势由电位差计测量。 根据热电势值可以查出一个温度差，即热电偶测点与空气温度的差。 稳压器可稳定输入电压，使管的加热量保持稳定； 电压、电流表测定电加热器的功率。四、实验步骤：1. 按电路图接好线路，经指导老师检查后接通电源；2. 调整调压器，对试验管加热；3. 稳定六小时后开始测管壁温度，记下数据；4. 间隔半小时再记一次，直到两组数据接近为止；5. 取两组接近的数据平均值，作为计算数据；6. 记下半导体温度计或用玻璃温度计指示的空气温度；7. 经指

8、导教师同意，将调压器调整回零位，切断电源。五、实验数据的整理：1. 已知数据：管径 d1= 80 mmd2= 60 mmd3= 40 mmd4= 20 mm管 长 L = L12= L = L34= 1000 mm黑度 e12. 测量数据：= 0 .11= e= e =0.15e234管壁面温度、室内空气温度t 、功率Pf3. 整理数据：a根据式（1）计算对流换热系数b. 查出物性参数定性温度取空气边界层平均温度t= (t+ t ) / 2 在书的mfw附录中查得空气导热系数l 、热膨胀系数a 、运动粘度n 、导温系数a 和普朗特数Pr 。h -h h c. 用Churchill-Zhu 的实验关联式（2）计算对流换热系数h 求相对差值