收稿日期:2000-10-24;修订日期:2001-01-02
基金项目:国家自然科学基金资助项目(59976002);国家重点基础研究发展规划基金资助项目(G 2000026300)作者简介:周定伟(1971-),男,湖南湘潭人,中国科学院在站博士后.
文章编号:1001-2060(2002)01-0047-04
强润湿性液体池沸腾传热的实验研究和机理分析
周定伟,马重芳
(北京工业大学环能学院,北京 100022)
摘 要:对强润湿性液体的池沸腾传热实验而言,本文提出了行之有效的实验程序,并严格按照实验程序进行了R113池沸腾传热的实验研究。具体研究了表面老化和液体过冷度对池沸腾传热曲线及起沸点的影响,实验中观察到了三个反常现象。最后,从强润湿性液体的沸腾传热机理的角度对其给出了相应的解释。关键
词:池沸腾;传热;滞后
中图分类号:TK 124 文献标识码:A
符号
h -换热系数q/(T w -T 1),
q ″-热流密度,W/m 2 W/(m 2℃
)S -实验件面积,m 2
ΔT sat -过热度(T w -T sat ),K
ΔT sub -过冷度(T sat -T 1),K
下标
ONB -壁面核沸腾起始点l -液体w -壁面
sat -饱和
1 引言
以往的沸腾研究局限于润湿能力较差的液体。
对于强润湿性液体(即具有低的表面张力和低润湿角的液体)的池沸腾传热来说,由于实验没有遵从一定的实验程序等原因,实验数据分散,导致传热工作者对强润湿性液体的池沸腾传热情况缺乏全面而深入的了解。
2 实验设备及实验程序
2.1 实验设备及方法
试验件主要部分是一个10μm 厚、面积为5mm ×5mm 的康铜膜,用它作电加热元件及传热表面以模拟电子芯片。用铁-康铜热电偶测量康铜膜内表面温度。图1为实验系统示意图。详细情况参见文献[1]。
2.2 强润湿性液体池沸腾传热实验程序
实验前,先用丙酮清洗实验件表面,然后严格按
照以下程序进行
。
1-稳压电源;2-调压器;3-变压器;
4-电流表;5-实验件;6-热电偶;
7-数字电压表;8-转换开关;9-软橡胶;10-测量室箱体;11-冷却器图1 实验系统图表面老化———
在室温下将实验
件浸泡在实验介质中约10h ;
液体除气———开启主加热器将箱体内的液体加
热至沸腾并保持1h 。应当指出的是箱体内液体在除气时不应对实验件加热。
池温控制———
除气后关闭主加热器,采用冷却器使箱体内的液体保持在过冷状态。
实验件加热———慢慢地增加电流,每次热流密度升高值不超过(1～2)×103(W/m 2)/min ,等温度稳定后再依次读取下列各参数:壁面温度T w 、电流I ,以及箱体内温度T 1。读取一个温度值需20～30min 。
实验件降温———只需慢慢地减小电流,读数与升温时相同。
当温度处于沸腾起始点附近时,要缓慢增加实验件功率,以壁温升高015℃为准,以便观察沸腾热滞后的现象,直至进入充分发展的核态沸腾。
3 实验结果及讨论
3.1 典型强润湿性液体池沸腾传热曲线
与常规液体相比,强润湿性液体的沸腾传热会
出现热滞后现象,即液体在自然对流传热情况下,壁面温度随着热流密度的增加发生过度升高(ABC );
而当沸腾开始后,壁面温度显著下降(CC ’
),如图2(a )所示,此时,热流上升和热流下降时沸腾传热曲
第17卷(总第97期) 热能动力工程
2002年1月
图2
典型强润湿性液体池沸腾传热曲线
图3 表面老化的影响 图4 液体过冷度的影响线不重合,其最大温差为温度过头值(为1414K )。
图2(b )是相应的换热系数图,由图可见,自然对流
(ABC )和池核沸腾(C ’E )换热系数的非光滑过渡是
强润湿性液体沸腾传热的显著特征。3.2 池沸腾传热曲线及起沸点的影响因素
实验程序、表面粗糙度、系统压力、液体过冷度、非冷凝性气体、实验工质和表面老化等因素均会影响沸腾传热曲线及起沸点。下面主要讨论两个因素的影响。3.2.1 表面老化
表面老化是指沸腾表面在经过较长时间的实验
后,沸腾传热曲线有明显地向左偏移的现象。如图3所示,同一实验件在液体中分别浸泡1h 和10h
后,沸腾传热曲线明显不同,老化后的沸腾曲线向左偏移,沸腾起始温度降低(从81℃降低至73℃
)。康铜膜在R113液体中浸泡10h 后就可完全老化。
3.2.2 液体过冷度
液体过冷度对强润湿性液体沸腾传热的影响示于图4。由图可见,当液体过冷度从ΔT sub =1815K 增加到2716K 时,
沸腾传热曲线明显向左
移动,沸腾起始点从T WONB =7915℃降低到73℃。Ma 和Bergles [2]对
不同过冷度下的池沸腾传热进行了研究,发现沸腾起始点随着过冷度的增加而相应下降。图5示出了本文所有沸腾起始点的数据,并对它们进行了并联,关联式如下:
池沸腾 T WONB =116104ΔT sub -0.1436
(1)
3.3 强润湿性液体池沸
腾传热中的反常现象
采用强润湿性液体作
冷却剂时,电子元件模拟
芯片的池核沸腾传热实验会出现以下几个反常现象。这些现象的发生对电子元件的冷却均有不利影响。3.3.1 热流密度下降而壁温上升
一般而言,沸腾传热表面温度随着热流密度下降而相应地下降。但是,作者在过冷沸腾实验中发现,在传热表面热流密度下降过程中,壁温可能突然跃升,如图6所示。这是由于传热表面在热流密度下降过程中部分汽化核心突然失去活性使沸腾中止而造成。3.3.2 同一传热面出现二次起沸
?84?热能动力工程 2002年
图5 起沸点随过冷度的变化 图6
池核沸腾时热流下降壁温上升的情况图7 池沸腾传热中的二次起沸现象 图8 自然对流向膜沸腾的直接过渡 热滞后的发生一直是以传热壁温突然下降为特征的。如图7所示,当传热面升温到起沸点后壁温
突然下降,但下降值不大,而在较高热流密度处壁温再次下降,之后,壁温才随热流密度的增加而增加。Park 和Bergles [3]在研究不同尺寸加热面的池沸腾传热时发现过此现象。该文认为这是由于热电偶附近活化孔页的非规则分布所致,并推测第一次起沸是由热电偶下部的孔穴活化所为。加热面下端沸腾产生的汽泡对上端有冲刷作用,抑制了加热面上端的起沸。热流密度继续增加,壁面过热度升高到足以使传热面上端起沸后,整个传热表面才全部进入充分发展的核沸腾状态。
3.3.3 从自然对流直接过渡到膜沸腾
采用强润湿性液体浸没冷却光滑传热表面时,
必须维持一个较高的壁面过热度才会起沸。当起沸热流值高于过渡沸腾
向膜沸腾转变时的最小热流,且起沸壁温高于过渡沸腾最小壁温时,就可观察到从单相自然对流向膜沸腾直接过渡的现象[4]。如图8所示,壁面过热度一直维持到ΔT sat =52℃时才开始起沸,说明传热从单相自然对流直接过渡到膜沸腾。由于加
热面上热流密度(均在
414×104W/m 2
左右)不
足以使传热面处于稳定的膜沸腾状态,因而,当传热面起沸后
壁温下降,核沸腾传热开始盛行。
以R113为工质,文献[5]观察到了很高的起沸温度(ΔT sat
=53℃
);文献[4]分别以FC72和FC87为
工质,在研究光滑铜表面的池沸腾传热时获得了高达ΔT sat =52℃的过热度,且实
验结果重复性较好。图8中池核沸腾传热曲线的关联式如下:
ΔT sub
=2814K ,q ″=3×10-4ΔT sat 610259
(2)4 强润湿性液体沸腾热滞后的机理分析
本文作者认为:在相同条件下,壁面起沸温度越
高,起沸所对应的孔穴尺寸越小;根据理论和实验的结果分析表明,沸腾时汽泡的生成是在表面孔穴内完成的。
当强润湿性液体浸没冷却光滑传热表面时,由于该类液体特有的热物性,传热面上大量尺寸的孔
?
94?第1期 周定伟,等:强润湿性液体池沸腾传热的实验研究和机理分析
穴被液体所淹没。由于用以起沸的孔穴被液体淹没而捕捉不到气体,汽泡胚胎无法生成,传热壁面只能以导热和对流的形式散走热量,壁面处于单相自然对流传热形态;热流密度增加,壁面维持一定的过热度,同时,光滑表面存在各种尺寸的孔穴,而强润湿性液体也只能将一定大小尺寸的孔穴淹没,小于该尺寸的孔穴仍然残留有非冷凝性气体,当壁面过热度增加到足以使该尺寸孔穴的气泡胚胎开始生成、长大并在孔穴内脱离传热壁面时,沸腾就开始发生。这就是强润湿性液体起沸温度如此之高的缘故。
在池沸腾实验中,覆盖在传热面上的冷流体直接影响了传热面上温度边界层的厚度。一般而言,强润湿性液体表面张力随着液体温度增加而减小。过冷度增加,温度边界层厚度减薄,同时,液体表面张力增加,孔穴捕捉气体的能力增强,捕捉到气体胚胎的孔穴尺寸增大,因而壁面起沸温度下降。
5 结论
(1)采用强润湿性液体作工质时,光滑传热表面孔穴尺寸越小,壁面起沸点越高;沸腾起始点随液体过冷度增加和表面老化而降低,池核沸腾曲线则相应明显地向左移动;
(2)在强润湿性液体浸没冷却光滑传热表面的池沸腾传热实验中观察到了三个不利于电子元件冷却的反常现象;
(3)对于强润湿性液体浸没冷却光滑传热表面而言,汽泡胚胎的生成、长大和脱离均是在传热表面孔穴内进行的。
参考文献:
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(8):398-403.(何静芳 编辑)
(上接第42页)
用,它只是在CaO+S O2+015O2→CaO+S O3→CaS O4的反应过程中起了促进作用,这一结果与文献[7]报道一致。Fe2S O3的存在降低了S O2和CaO反应的活化能,使这个反应更加容易进行,在其它条件一定的情况下,加Fe2O3时CaO和S O2反应生成CaS O3转化率比不加Fe2O3时要优越得多,但对固硫作用产生决定性影响的仍是CaO,而不是Fe2O3。一般认为, Fe2O3的加入量在燃料总重量的4‰～6‰时比较合适。另外,Fe2O3还可以使CaS O4的分解温度提高、CaS O3的氧化反应加快。
5 结论
生物质复合型煤(BCC)中因为加入了具有有机活性的生物质,所以它的固硫性能比普通型煤高得多,在燃烧温度低于900℃、钙硫比为210时,BCC的固硫率可以达到90%以上,随着燃烧温度的提高,因为固硫产物的分解而导致固硫率的降低;BCC的固硫率还随着钙硫比的增加而增大,当钙硫比为210时,固硫率趋于最大;BCC的固硫率随生物质添加量的增加而增大;铁系氧化物的存在能显著提高BCC的固硫率。总之生物质复合型煤是一项投资少、见效快适合我国国情的高效洁净煤技术,值得大力推广。
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(何静芳 编辑)
Y ing,NI U Zhong2yi,ZH ANG Zheng2yi,et al(P ower Engineering Department,Harbin Engineering University,Harbin, China,P ost C ode:150001)//Journal of Engineering for Thermal Energy&P ower.-2002,17(1).-37～40
A combined diesel or gas turbine(C ODOG)power plant underwent a technical m odification.On this basis studied under various loads was the effect of different dam ping values,various switch2over speed differences and other factors of a SSS clutch on the dynamic characteristics of the the C ODOGpower plant during the switch2over process.As a result,obtained were the SSS clutch displacement curves and s ome meaning ful conclusions.K ey w ords:combined diesel or gas turbine power plants,synchronous2self2shifting clutch,displacement curve
生物质复合型煤固硫特性研究=A Study of the Sulfur R etention Characteristics of Biom ass Compound Type of Coal[刊,汉]/HE Fang,W ANG Hua,BAO G ui2rong,et al(Institute of New T echnology on Environment2harm onious Energy S ource under the K unming University of Science&T echnology,K unming,Y unnan Province,China,P ost C ode: 650093)//Journal of Engineering for Thermal Energy&P ower.-2002,17(1).-40～42,50
On the basis of analyzing the sulfur retention mechanism of the biomass com pound type of coal developed by the authors an experimental study was conducted of the sulfur retention characteristics of this type of coal.The results of the study in2 dicate that the coal under discussion enjoys a higher sulfur retention ratio than that of conventional types of coal.When Ca/S is equal to2and the combustion tem perature lower than900℃the sulfur retention ratio of the biomass com pound type of coal can reach in excess of90%.This retention ratio is subject to various factors,such as combustion tem pera2 ture,the am ount of biomass added,Ca/S ratio,etc.S ome additives,such as Fe2O3can significantly enhance the sulfur retention capability.K ey w ords:biomass com pund coal,sulfur retention mechanism,sulfur retention characteristics
竖管内空气强迫与自然对流换热实验=An Experiment on the Forced and N atural Convection H eat Exchange of Air in a V ertical Tube[刊,汉]/SHI Jin2sheng(Mechanical Department,T ianjin Light Industry Institute,T ianjin, China,P ost C ode:300222)//Journal of Engineering for Thermal Energy&P ower.-2002,17(1).-43～46
An experiment was conducted of the forced and natural convection heat exchange of air in a vertical round tube.The dif2 ference between the above tw o types of heat exchange is shown from the aspect of the order of magnitude.Through the ex2 periment obtained was a natural convection heat exchange expressed by Reynolds number,which is com pared with the natural convection heat exchange of the existing large air space.K ey w ords:forced convection,natural convection,heat exchange,com paris on of the order of magnitude
强润湿性液体池沸腾传热的实验研究和机理分析=Experimental Study and Mechanism Analysis of Pool Boil2 ing H eat T ransfer of H ighly Wetted Liquid[刊,汉]/ZH OU Ding2wei,M A Chong2fang(C ollege of Environmental and Energy Engineering under the Beijing P olytechnic University,Beijing,China,P ost C ode:100022)//Journal of En2 gineering for Thermal Energy&P ower.-2002,17(1).-47～50
With respect to the test of pool boiling heat trans fer of highly wetted liquid a set of effective test procedures was proposed and an experimental study conducted of R113pool boiling heat trans fer in strict accordance with the test procedures.The study focuses on the effect of surface aging and liquid subcooling on the pool boiling heat trans fer curves and incipient boiling point.Three abnormal phenomena have been observed during the test.In conclusion,from the perspective of the boiling heat trans fer mechanism of highly wetted liquid a relevant explanation was given concerning the above2cited phe2 nomenon.K ey w ords:pool boiling,heat trans fer,hysterisis
流化床锅炉预测指导系统研究=A Study of the Predictive I nstruction System of a Fluidized B ed Boiler[刊,
2019年中考物理实验专题复习——探究水沸腾实验 答案解析 1．（2018?玉林）如图甲是探究“液体沸腾时温度变化的特点”的实验装置。 （1）在液体沸腾过程中，观察到温度计的示数如图乙所示，可知该液体的沸点为96℃，虽然液体的温度不变，但要继续加热，所以说液体在沸腾的过程中要不断吸热（选填“吸热”或“放热”）； （2）实验中，如果增大液体表面的气压，则液体的沸点将升高（选填“升高”或“降低”），液体的内能将增加（选填“增加”或“减少”）。 【分析】（1）温度计的读数：首先确定零上还是零下，确定每一个大格和每一个小格各代表的示数；液体沸腾时，不断吸收热量，温度保持不变，这个不变的温度是液体的沸点。（2）液体的沸点与气压有关，液体的沸点随气压的增大而升高，随气压的减小而降低；内能的大小和温度有关，温度升高，内能增加。 【解答】解：（1）温度计的每一个大格代表1℃，每一个小格代表0.1℃，由图乙可知该液体的沸点为96℃；虽然液体的温度不变，但要继续加热，所以说液体在沸腾的过程中要不断吸热； （2）实验中，如果增大液体表面的气压，则液体的沸点将升高；温度升高，液体的内能增加。 故答案为：（1）96；吸热；（2）升高；增加。 【点评】本题通过水的沸腾实验考查了温度计的读数、沸点、气压与沸点的关系以及温度与内能的关系等基础知识，是一道热学综合题目，比较简单。 2．（2018?娄底）小明在实验室探究冰熔化和水沸腾时温度的变化特点，根指测量结果睡出相关图象，如图a所示：
（1）要完成这两个实验，都需要的测量仪器是钟表和温度计。 （2）水沸腾时温度计示数如图c所示，该示数是EF段所对应的温度值（选填“BC“和“EF“）。（3）如图a所示，BC段该物质的状态为固液共存态。 （4）AB段与CD段的倾斜程度不同，这是因为冰的比热容比水的比热容小。 【分析】（1）冰熔化和水沸腾实验需要不断吸热，实验过程中，需要用温度计测量温度，还需要用秒表来记录时间。 （2）晶体熔化时温度要达到熔点，不断吸热，温度不变；但晶体熔化后温度还要上升。水沸腾时，吸热，但温度不变，这个不变的温度，即为沸点。 （3）在熔化过程中晶体处于固液共存态，熔化完毕，处于液态。 （4）升温快慢与物质不同状态下的比热容有关。 【解答】解：（1）由于晶体熔化和水沸腾这两个实验，都需要对冰和水进行加热，所以，除需要用测量仪器计时器来记录时间外，还需要用温度计测量温度的变化。 （2）水沸腾时，此时温度计的示数是99℃，对比a、b两图可知，a图是冰的熔化图象，BC 段所对应的温度是冰的熔点，b图是水的沸腾图象，EF段所对应的温度是水的沸点。 （3）如图甲（a）所示，BC段该物质在熔化过程中，为固液共存态； （4）由图象可以看出，升高相同的温度，冰比水用的时间短，所以冰比水吸热升温快，原因是冰的比热容比水的比热容小； 故答案为：（1）温度计；（2）EF；（3）固液共存态；（4）冰的比热容比水的比热容小。【点评】此题考查了冰熔化和水沸腾实验中器材的作用，沸点与熔点的判断以及冰和水比热容大小的判断，同学们要学会观察图象，分析实验，总结规律。 3．（2018?宜昌）小红利用图甲所示的装置探究水沸腾时温度变化的特点，当水温达到91℃时，每隔1分钟记录一次温度，并绘制出了如图乙所示的温度与时间关系的图象。
2017 浙工大《高等传热学》对流部分复习题及答案 1、相似原理理论求解对流换热问题的原理、步骤及应用。 答：（1）原理：在已知物理现象数学描述的基础上，建立两现象之间的一些列比例系数，尺寸相似倍数，并导出这些相似系数之间的关系，从而获得无量纲量。 （2）步骤：a.写出所研究对象的微分方程（组） b.根据相似原理，利用置换的方法，找出相似准数 c.将所研究的问题用准数方程的形式表示出来 d.用物理实验的方法，找出准数函数的具体函数关系 e.将函数关系推广应用 （3）应用：
2、紊流对流换热问题的模型与求解方法；卡门比拟与雷诺比拟相比有什么改进。答：（1）模型：普朗特混合长度模型，泰勒涡流强度传递模型，卡门局部相似理论。 （2）紊流模型有两种研究方法：一种是采用统计的方法。将流体微团紊流脉动的随机性看成类似于气体的分子运动，用统计的方法研究脉动的结构，但是这种研究方法所得到的结果只适用于各向同性的紊流流动。另一种方法是半经验（半理论）的近似方法，以解决实际上各向同性的紊流流动。这种方法是，对流体紊流的脉动结构作出某些假设，提出脉动量的补充方程，从而使雷诺方程封闭。 （3）雷诺比拟把边界层看作只是由高度紊流区构成。卡门提出三层模型结构，
将紊流边界层分为三层，即层流底层、紊流核心区以及两者之间的缓冲层。在缓冲层中，粘性应力和雷诺应力属于同一数量级，两者均不能忽略 3、试述通道内层流和紊流流动时强化对流换热的各种方法。 答：（1）管内插入物：促进径向流（二次流）破坏边界层。层流效果好，紊流也有效果。有纽带，静止混合器等。 （2）壁面扰流子，布置在近壁处0.05R处的对流换热热阻占总热阻的70%，增加导热量，破坏边界层。如粗糙管（难做），内翅管，碾压管，旋转线（效果有限）等，用于紊流； （3）螺纹管，用于空气预热器，管内h增加约100%； （4）喷流，直接冲击，h增加300%，阻力增加很大，用于调整温度，场协同理论； （5）短管，边界层处于形成过程中，h大； （6）螺旋管，弯管效应，二次流作用，螺旋换热器。 4、各种强化沸腾换热、凝结换热的原则和手段。 答：(1)强化沸腾换热的原则：增加汽化核心，提高壁面过热度。近几十年来的强化沸腾的研究主要是增加表面凹坑。目前常用的手段：a.用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学手段在换热表面上形成多孔结构。b. 机械加工方法 (2)强化凝结换热的原则：尽量减薄粘滞在换热表面上的液膜的厚度。手段： 可用各种带有尖峰的便面使其在其上冷凝的液膜拉薄，或者使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。 5、凹陷型空穴强化沸腾换热的原理。 答：换热面的加工方法、表面粗糙度、材料特性以及新旧程度影响沸腾传热的强度。实验表明，同一液体在抛光壁面上沸腾传热时其传热系数比在粗糙壁面上沸腾传热时低。这主要是由于光洁表面上汽化核心较少的缘故。 液体在新的换热面上沸腾时，传热系数较高，随着运行时间增长，一部分汽化核心失去了汽化能力，优势传热系数逐渐下降到某一稳定值。凹陷形空穴就是在换热表面上加工处所需的内凹穴，从而达到强化沸腾传热的效果。 6、从传热和流动角度说明层流型换热器如何选用通道形式。 7、试述对流换热能量方程的各种表达形式及其特点，并且简要分析说明得到边界层微分方程的前提条件。 （2）a.平板壁面 b.不可压缩流体 c.稳态流动 d.层流流动 8、对流换热系数h的求解方法。（与9题类似） 答：对流换热系数的获得主要有三种方法： a.理论分析法---建立理论方程式，用数学分析的方法求出h的精确解 或数值解。这种方法目前只适用于一些几何条件简单的几个传热过程， 如管内层流、平板上层流等。
实验05探究水沸腾的特点考点聚焦
经典例题 1．（2019?抚顺）小志和小丽分别利用如图甲所示装置探究“水沸腾时温度变化的特点”，根据实验数据绘制出了如图乙所示图象 （1）某时刻温度计示数如图甲所示，其温度是℃。 （2）由图象可知：①水的沸点低于100℃，原因是气压（填“高于”、“等于”或“低于”）标准大气压。 ②水沸腾时持续吸热，温度。 ③第6min时（填“小志”或“小丽”）的实验装置中水分子运动更剧烈。 （3）实验结束后，小志想到妈妈在煮饺子时加入一些冷水，锅内的水停止沸腾。原因是水（填“温度低于沸点”或“不能继续吸热”）。
【答案】（1）68；（2）①低于；②不变；③小丽；（3）温度低于沸点 【解析】（1）温度计的分度值是1℃，此时是零上，液柱上表面对准了60℃上面第8个小格处，读作68℃； （2）①液体沸腾的图象，横坐标代表时间，一个小格代表3分钟，纵坐标代表温度一个小格代表1℃，先后从第6、9分钟开始沸腾，在这个过程中，水尽管不断吸热，温度保持不变，这个不变的温度就是水的沸点，大小为98℃，气压越低，沸点越低，所以当地的大气压低于1个标准大气压； ②水沸腾的特点是吸收热量，但温度不变； ③温度越高，分子无规则运动越剧烈，所以第6min时小丽的实验装置中水分子运动更剧烈； （3）液体沸腾的条件是达到沸点，吸收热量。在煮饺子时加入一些冷水，水温降低，低于水的沸点，所以锅内的水停止沸腾。 【分析】（1）温度计读数时，先确定是零上还是零下，认清分度值，再读数。 （2）（3）液体沸腾前吸收热量，温度不断升高，液体沸腾时吸收热量，温度保持不变，不变的温度就是这种液体的沸点，气压越低，沸点越低； 温度越高，分子无规则运动越剧烈，内能越大。 【点评】此题考查了水的沸腾特点探究实验的过程，包括温度计的读数、液体沸腾的条件和特点，沸点与气压的关系。在实验过程中要注意观察，善于发现规律 化过程中的区别。 突破练习 2．（2019?鞍山）在探究“水沸腾时温度变化的特点”的实验中： （1）图甲实验装置的组装顺序应为（填“自下而上”或“自上而下”）。 （2）实验中，判断水沸腾的依据。
[实验一]用球体法测定粒状材料的导热系数 一、实验目的 1、巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的热导率的方法。 2、确定热导率和温度之间的函数关系。 二、实验原理 热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为W/(m ·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。 球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。 设有一空心球体，若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶导热定律： dr dt r dr dt A λπλφ24-=-= （1） 边界条件 2 211t t r r t t r r ====时时 （2） 1、若λ= 常数，则由（1）（2）式求得 1 22121122121) (2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W] ) (2) (212112t t d d d d --= πφλ [W/(m ·K)] (3) 2、若λ≠ 常数，（1）式变为 dr dt t r ) (42λπφ-= （4） 由（4）式，得 将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得 )()(412122 2 1 2 1 t t t t dt t r dr t t r r ---=?? λπφ (5) 式中 1 22 1 )(t t dt t t t -?λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值，用m λ表示即
实验三-探究水的沸腾实验
实验三 探究水的沸腾实验 1、图11是小阳同学在做“探究水沸腾时温度变化特点”的实验后绘制的图象，分析图像可知： （1）水的沸点为 ℃， 造成此现象的原因可能是实验时水面上方的气压 1标准大气压（选填：“低于”、“等于”或“高于”）。 （2）水沸腾后，继续给水加热，水的温度 （选填：“升高”、“不变”或“降低”）。 （3）水沸腾后，烧杯口冒出的“白气”是由水蒸气的 （选填“液化”或“汽化”）现象造成的。 （4）在5min 到10min 这段时间内，酒精灯要持续进行加热，这说明水在沸腾时需要 。 （5）然而细心的小丽在做“观察水的沸腾”实验，观察到两种情况，如图甲、乙所示，图_________（选填“甲”或“乙”）是水沸腾时的情况。 (6)小来在做“探究水沸腾时温度变化特点”的实验时如右图所示，老师发现她的操作存在错误、请你指出任意一个错误： 。 答案：98、小于、不变、液化、吸热、甲、视线没有与温度计的上表面相平或温度计不应该碰到容器的底部；小于 2、小华在“观察水的沸腾”实验中，绘出了温度随时间变化的图像如图13所示： （1）从图像中可知，水的沸点是_________℃，这与物理课本上给出的水的沸点比不一样，你认为出现这种现象的原因是__________________. （2）实验时小华和其他组同学使用的酒精灯和水的质量都样同，却发现自己组的水比邻组的先沸腾，其原因是__________________。 答案：98 、在烧杯（或容器）上加盖子、 小于1标准大气压 水初温较高 3、（16延庆一模）在做“观察水沸腾”的实验时：甲、乙两组同学选用相同的实验装置完成实验，他们分别绘制的温度随时间变化的图象如图22所示。如果操作及实验器材均无问题，则分析图象可知：当时的大气压 （选填“大于”、“小于”或“等于”）1个标准大气压；甲、乙组得到两种不同图象的原因可能是水的 不同． 90 100 A 温 度 时间/min 95 C B 图13
1.（盐城）探究水的沸腾实验． （1）甲图是实验中某时刻温度计的示数，读数为 ℃． （2）实验时，当水中有大量的气泡产生，且在上升过程中体积逐渐 ，直至水面破裂．水开始沸腾． （3）当水温上升到80℃时，每隔0.5min 记一次溫度计的示数直至沸腾一段时间，绘制出温度随时间的变化图象（如图乙）．根据图象可知水的沸点为 99 ℃；沸腾前水溫变化快慢的特点是 ，形成这种特点的主要原因是 ． （4）小明、小华与小红在同一小组做实验，小明与小华分工合作，小明计时，小华读出溫度并记录数椐，而小红独自计时、读取温度并记录数据．他们同时按下秒表并且每隔0.5min 记录一次温度计的示数，小红每次读数都比小华迟6s ，在同一坐标系中，将小红和小华所测数据绘制出温度随时间变化的图象，可以发现，小红的图象在小华的 （左/右）边． （1）89.5；（2）变大；（3）99；先快后慢；温度升高，加快汽化，与环境的温差变大，加快散热； （4）左． 2.(福州)小华在探究水的沸腾特点实验中： (1)如图16甲所示，操作错误的是温度计的玻璃泡________。 (2)他纠正错误后继续实验，某时刻温度计的示数如图16乙所示，其中读数方法正确的是____（选填““A ”、“B ”或“C ”），示数是____ ℃。 (3)实验中，是通过____方式增加水的内能。要缩短加热时间，请写出一种可行的办法：____。 （1）碰到杯底（2）B 95 （3）热传递 提高水的初温（答案不唯一） 3.（连云港）用图甲所示装置“观察水的沸腾”实验： ⑴ 甲所示烧瓶中水的温度为 ℃。 ⑵ 沸腾后，继续加热，温度计的示数 （选填“变大”、“变小”或“不变”） ⑶ 腾一段时间后，撤去酒精灯，发现水停止沸腾，这时一组同学用橡皮塞塞住烧瓶口并将其倒置， 向烧瓶底部浇冷水，如图乙所示，结果发现水又重新沸腾了，这是因为 ；另一组同学在烧瓶口上放置一乒乓球，继续加热，发现乒乓球被顶起，在此过程中水蒸气的 能转化为乒乓球的机械能。 ⑴ 84 ⑵不变 ⑶水的沸点随气压的减小而降低；内 甲 乙 第20题图
一、实验目的 1、了解对流换热的实验研究方法； 2、测定空气横向流过管束表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准数方程式； 3、学习测量风速、温度、热量的基本技能。 二、主要实验设备 本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、倾斜式微压计、皮托管、电位差计、功率表以及调压变压器等组成。 三、实验原理 根据相似理论，流体强制流过物体时的放热系数α与流体流速、物体几何参数、物体间的相对几何位置以及物性等的关系可用下列准数方程式描述： Pr)(Re,f Nu = 实验研究表明，空气横向流过管束表面时，由于空气普郎特数（Pr=0.7）为常数，故一般可将上式整理成下列的指数形式， n C Nu Re = 式中 C,n 均为常数，由实验确定， Nu ——努塞尔特准数 λ ad Nu = Re ——雷诺准数 v d ω= Re 上述各准则中，α——壁面平均对流换热系数[?2/m W ℃] d ——实验管外径，作为定性尺寸，[m] λ——空气导热系数，[?2/m W ℃] ω——空气流过实验管外最窄截面处流速，[m/s] ν——空气运动粘度，]/[2s m 定性温度：空气边界层平均温度)(2 1 f w m t t t +=。 式中：m t ——实验管壁面平均温度[℃]
f t ——空气平均温度本实验的任务在于确定C 与 n 的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压 V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、微压计动压头h 。至于α和ω在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组 Re 、Nu 值；改变空气流速，又得到一组数据，再得一组 Nu 、Re 值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 四、实验数据及处理结果 1.测试所得原始数据 表1测试数据表 2.数据分析与计算 ◆表2热电偶测管温度平均值 ◆已知管长L=450mm,管直径d=40mm ，求得管表面积为205655 .0m L d A =??=π ◆空气进出口的平均绝对温度[K]:K T T T f 15.273)(2 1 21++= ,（见表3）由差值法及查表可知，热电偶
传热学考研知识点总结 对流换热是怎样的过程,热量如何传递的?如下是小编整理的传热学考研知识点总结，希望对你有所帮助。 传热学考研知识点总结§1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式§1-3 传热过程和传热系数 要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。本章重点： 1.传热学研究的基本问题物体内部温度分布的计算方法热量的传递速率增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。黑体热辐射公式：实际物体热辐射： 传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。最简单的传热过程由三个环节串联组成。 传热学研究的基础 傅立叶定律 能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律四次方定律本章难点 1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同，但却可以同时存在于一个传热现象中。 2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。 思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？ 2.试分析室内暖气片的散热过程。 3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。 4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？ 5.夏天，有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起，一个表面已结霜，另一个则没有。请问哪个容器的隔热性能更好，为什么? §2-1 导热的基本概念和定律§2-2 导热微分方程§2-3 一维稳态导热§2-4伸展体的一维稳态导热 要求：本章应着重掌握Fourier定律及其应用，影响导热系数的因素及导热问题的数学描写——导热微分方程及定解条件。在此基础上，能对几种典型几何
教科版三上第一单元第2课《水沸腾了》练习题 、填空 1. __________ 是水受热超过一定温度时发生的剧烈的汽化现象。 2. 一般情况下，当温度上高到 ___________________ C 时水会沸腾。水加热后有 ___________________ 产生。 3. 沸腾后水面翻滚，水的温度不变，水的体积 _________________ ,同时脱离器壁的气泡在上升过程中体积逐 渐 _____________ ，一直上升到液面后破裂。。 二、判断 1. 给水加热的过程中，水的温度不变。（ ） 2. 使用温度计时要符合操作规范。（ ） 3. 水沸腾后，如果不持续加热，就不会持续沸腾。（ ） 4. 将温度计下端浸入水中，不能碰到容器的底与壁。（ ） 5. 水沸腾过程中，温度保持 100C 不变。（ ） 6. 用酒精灯烧水时，冒泡就说明水沸腾了。（ ） 7. 测量水温的实验时，一定要等温度计液面不动时才能读数。（ ） 三、选择 1. 下列使用酒精灯的做法中，错误的是（ ）。 A 、用嘴吹灭酒精灯 B 、用灯帽盖灭酒精灯 2. 在标准大气压下，水沸腾时的温度时（ ）。 A. 80 C B.90 C C.100 C 3. 下列哪个现象不是水沸腾实验中出现的现象（ ）。 4. 右图是测量水温的温度计，正确的是（ A 、 ① B 、 ② C 、 ③ D 、 ④ 5. 酒精灯的（ ）焰温度最高。 A.内焰 B.焰心 C.外焰 6. 在“观察水的沸腾”实验中，下列说法正确的是（ ）。 A. 水沸腾时的温度一定是 100 C C 、用火柴点燃酒精灯 A.有 白汽”出现 B.温度计示数不断升高 C.沸腾时没有气泡出现 ）
传热学上机实验 班级: 学号： 姓名：
一：实验问题 一个长方形截面的冷空气通道的尺寸如附图所示。假设在垂直于纸面的方向上冷空气及通道墙壁的温度变化很小，可以忽略。试用数值方法计算下列两种情况下通道壁面中的温度分布及每米长度上通过壁面的冷量损失： (1)内、外壁面分别维持在10℃及30℃； (2)内、外壁面与流体发生对流传热，且有λ=0.53W/（m·K），t f1=10°C、h1=20W/（m2·K）, t f2=30°C、h2=4W/（m2·K）。
二：问题分析与求解 本题采用数值解法，将长方形截面离散成31×23个点，用有限个离散点的值的集合来代替整个截面上温度的分布，通过求解按傅里叶导热定律、牛顿冷却公式及热平衡法建立的代数方程，来获得整个长方形截面的温度分布，进而求出其通过壁面的冷量损失。 1. 建立控制方程及定解条件 对于第一问，其给出了边界上的温度，属于第一类边界条件。 ????? ??? ??=?==??+??C C y t x t 301002222外壁温内壁温 对于第二问，其给出了边界上的边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度 t f ，属于第三类边界条件。 ()?????? ?-=??? ????-=??+??f w w t t h n t y t x t λ02222 2. 确定节点（区域离散化） 用一系列与坐标轴平行的网格线把长方形截面划分为31×23个节点。则步长为0.1m ，记为△x=△y=0.1m 。
3. 建立节点物理量的代数方程 对于第一问有如下离散方程： ()()()()()()()()()()? ??? ???? ? ????? ???+++==?==?==?==?==?==?==?==?=+-+-代表内部点,，点41 26~6,1018,26~6,106,18~6,10,2618~6,10,631~1,3023,31~1,301,23~1,30,3123~1,30,11,1,,1,1,n m t t t t t n C m t n C m t n C n t n C n t n C m t n C m t n C n t n C n t n m n m n m n m n m 对于第二问有如下离散方程： 对于外部角点（1,1）、（1,23）、（31,1）、（31,，23）有： ()()02 222,1,,22,,1,22 =??-+-?+??-+-?±±x y t t t t x h y x t t t t y h n m n m n m f n m n m n m f λλ 得到： ()()()()????? ??? ?? ? ++ =++=++=++=22,3123,3023,312,311,301,3122 ,123,223,12,11,21,11865331400186533140018653314001865331400t t t t t t t t t t t t 同理可得： 对于内部角点（6,6）（6,18）（26,6）（26,18） ，有 ()() ()()()()()()????? ??? ??? ++++ =++++ =++++=++++=7,2618,2518,2719,2618,267,266,256,275,266,2618 ,717,619,618,518,67,66,75,66,56,671853359533592000718533595335920007185335953359200071853359533592000t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t
《传热学》实验一： 准稳态平板导热系数测定实验 一、 实验目的 1．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。 2．掌握使用热电偶测量温差的方法。 二、 实验原理 本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。 设平板厚度为δ2，初始温度为0t ，平板两面受恒定的热流密度c q 均匀加热（见图1）。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布()τ,x t 。 导热微分方程、初始条件和第二类边界条件如下： ()()22,,x x t a x t ??=??τττ ()00,t x t = (),0c t q x δτλ ?+=? ()0,0=??x t τ 方程的解为： ()()()()2212002132,1cos exp 6n c n n n n q x x t x t F ατδτδμμλδδμδ∞+=??-??-=-+--?? ????? ∑ (1) 式中： τ——时间； λ——平板的导热系数； α——平板的导温系数；123n n n μβδ==，，，， ； 02a F τδ =——傅里叶准则； 0t ——初始温度； c q ——沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。 随着时间τ的延长，0F 数变大，式（1）中级数和项愈小。当5.00>F 时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成： 图1
()20221,26c q x t x t δαττλδδ??-=+- ??? (2) 由此可见，当5.00>F 后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。这种状态称为准稳态。 在准稳态时，平板中心面0=x 处的温度为： ()0210,6c q t t δαττλδ??-=- ??? 平板加热面x δ=处为： ()?? ? ??+=-31,20δτλδτδa q t t c 此两面的温差为： ()()λ δττδc q t t t ?=-=?21,0, (3) 如已知c q 和δ，再测出t ?，就可以由式（3）求出导热系数： t q c ?=2δλ (4) 实际上，无限大平板是无法实现的，实验中是用有限尺寸的试件。一般可以认为，试件的横向尺寸是厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。试件两端面中心处的温度差就是无限大平板时两端面的温度差。 根据热平衡原理，在准稳态时，有下列关系： τ δρd dt F c F q c ????=? (5) 式中： F ——试件的横截面积； c ——试件的比热； ρ——其密度； τd dt ——准稳态时的温升速率。实验时，τ d dt 以试件中心处为准。 由式(5)可得比热： τ δρd dt q c c ??= 按定义，材料的导温系数可表示为 2()()2c c c t t c q t λδλδδδαρττ ===??? m 2/s 综上所述，应用恒热流准稳态平板法测试材料热物性时，在一个实验上可同时测出材料的三个重要热物性：导热系数、比热容和导温系数。 三、 实验装置 非（准）稳态法热物性测定仪内，实验本体由四块厚度均为δ、面积均为F 的被测试材重叠在一起组成。 在第一块与第二块试件之间夹着一个薄型的片状电加热器，在第三块和第四
第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳 兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。 答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7． 什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？
《传热学》实验指导书 实验名称：强迫流动单管管外放热系数的测定 实验类型: 验证性实验 学 时：2 适用对象: 热动、集控、建环、新能源等专业 一、实验目的 1.该项实验涉及较多课程知识，测量参数多，如风速、功率、温度，可考查学生的综合能力。 2.测量空气横向流过单管表面的平均表面传热系数h ，并将实验数据整理成准则方程式。 3.学习测量风速、温度、热量的基本技能，了解对流放热的实验研究方法。 二、实验原理 根据相似理论，流体受迫外掠物体时的表面传热系数h 与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列准则方程式描述： ),(r e u P R f N = 实验研究表明，流体横掠单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式： m n r m n e um P CR N ?= 式中：m n c ,,均为常数，由实验确定 努谢尔特准则---um N m um hd N λ= ---em R 雷诺准则 m em d R νμ= ---rm P 普朗特准则 m n rm P αν=
上述各准则中--d 实验管外径，作定性尺寸(米) --μ流体流过实验管外最窄面处流速，（)/s m --λ流体导热系数（)/K m W ? --α流体导温系数)/(2s m --ν流体运动粘度)/(2s m --h 表面传热系数)/(2K m W ? 准则角码m 表示用流体边界层平均温度)(2 1 f w m t t t -= 作定性温度。 鉴于实验中流体为空气，rm P =0.7，故准则式可化成： n em um CR N = 本实验的任务在于确定n c 与的数值。首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、测试段动压P 。至于表面传热系数h 和流速μ在实验中无法直接测量，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查到。得到一组数据后，即可得一组e R 、u N 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组e R 、u N 值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 三、实验设备 本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、动压计、毕托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器组成。 由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管置于测速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。
传热学实验1 顺流式换热器传热系数测定 [实验目的] 1. 熟悉换热器性能的测试方法； 2. 了解套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能特征； 3. 加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识。 [实验原理] 换热器性能测试实验，主要对应用较广的间壁式换热器中的三种型式：套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器进行性能的测试。 图1实验装置简图 1.热水流量调节阀 2. 热水螺旋板、套管、列管启闭阀门组 3.热水流量计 4.换热器进口压力表 5.数显温度计 6.琴键转换开关 7.电压表 8.电流表 9.开关组10.冷水出口压力计11. 冷水螺旋板、套管、列管启闭阀门组12.逆顺流转换阀门组13.冷水流量调节阀 本实验装置换热形式为热水—冷水换热式，工作原理如图2所示。热水加热采用电加热方式，冷、热流体的进出口温度采用数显温度计，通过琴键开关来切换测点。 实验台参数： 1.换热器换热面积{F}： ⑴.套管式换热器具0.45 m2 ⑵.螺旋板式换热器0.65 m2 ⑶.列管式换热器 1.05 m2 2.电加热器总功率：9.0 kw 3.冷、热水泵： ⑴.允许工作温度：< 80 ℃ ⑵.额定流量： 3 m3/h
⑶.扬程：12 m ⑷.电机电压：220 V ⑸.电机功率：370 W 4.转子流量计： ⑴.型号：LZB-15 ⑵.流量：40-400升/小时 ⑶.允许温度范围：0―120 ℃ 1.冷水泵 2.冷水箱 3.冷水转子流量计 4.冷水顺逆流换向阀门组 5.列管式换热器 6.电加热水箱 7.热水转子流量计 8.回水箱 9. 热水泵10. 螺旋板式换热器11. 套管式换热器 [实验操作] 1.实验前准备： ⑴. 熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能； ⑵. 打开所要实验的换热器阀门，关闭其它阀门； ⑶. 按顺流方式调整冷水换向阀门的开或关； ⑷. 向冷－热水箱充水，禁止水泵无水运行（热水泵启动，加热才能供电）。 2.实验操作： ⑴. 接通电源；启动热水泵（为了提高热水温升速度，可先不启动冷水泵），并调整好合适的流量； ⑵.调整温控仪，使加热水温控制在80℃以下的某一指定温度； ⑶.分别打开加热器开关（热水泵开关与加热开关已进行连锁）； ⑷.利用数显温度计和温度测点选择琴键按钮，观测和检查换热器冷-热流体的进出口温度。待冷-热流体的温度基本稳定后，既可测读出相应测温点的温度数值，同时测读转子流量计显示的冷-热流体的流量读数；记录上述测试结果； ⑸.实验结束后，首先关闭电加热器开关，5分钟后切断全部电源。 [实验数据与处理]
常用的相似准则数：①努谢尔特：Nu=aL/λ分子是实际壁面处的温度变化率，分母是原为l的流体层导热机理引起的温度变化率反应实际传热量与导热分子扩散热量传递的比较。Nu大小表明对流换热强度。②雷诺准则Re=WL/V Re大小反映了流体惯性力和粘性力相对大小。Re是判断流态的。③格拉小夫准则Gr=gβ△tL3/V2 Gr的大小表明浮升力和粘性力的的相对大小，Gr表明自然流动状态兑换热的影响。 ④普朗特准则： Pr=V/a Pr表明动量扩散率与热量扩散率的相对大小。 辐射换热时的角系数：①相对性②完整性③可加性 热交换器通常分为三类：间壁式、混合式和回热式，按传热表面的结构形式分为管式和板式间壁式热交换器按两种流体相互间的流动方向热交换器分为分为顺流，逆流，交叉流。 导温系数α也称为热扩散系数或热扩散率，它象征着物体在被加热或冷却是其内部各点温度趋于均匀一致的能力。Α大的物体被加热时，各处温度能较快的趋于一致。传热学考研总结 1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率 2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法 3临界热通量：又称为临界热流密度，是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值 4效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比 5对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？ 对流换热：指流体各部分之间发生宏观运动产生的热量传递与流体内部分子导热引起的热量传递联合作用的结果。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。 对流两大类：自然对流（不依靠泵或风机等外力作用，由于流体内部密度差引起的流动）与强制对流（依靠泵或风机等外力作用引起的流体宏观流动）。 影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速，流动起因（自然、强制），流动状态（层流、湍流），有无相变。 6何谓凝结换热和沸腾换热，影响凝结换热和沸腾换热的因素？ 蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热传递给壁面的过程称为凝结过程。 如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。 如果凝结液体不能很好地润湿壁面，在壁面上形成一个个小液珠，这种凝结方式称为珠状凝结。 液体在固液界面上形成气泡引起热量由固体传递给液体的过程称为沸腾换热。 按沸腾液体是否做整体流动可分为大容器沸腾（池沸腾）和管内沸腾；按液体主体温度是否达到饱和温度可分为饱和沸腾和过冷沸腾。 不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大；蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。 影响凝结换热的因素：不凝结气体、蒸汽流速、管内冷凝、蒸汽过热度、液膜过冷度及温度分布非线性。 影响沸腾换热的因素：不凝结气体（使沸腾换热强化）、过冷度、重力加速度、液位高度、管内沸腾。 7强化凝结换热和沸腾换热的原则？ 强化凝结换热的原则：减薄或消除液膜，及时排除冷凝液体。 强化沸腾换热的原则：增加汽化核心，提高壁面过热度。 8试以导热系数为定值，原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例，说明过程中平壁内部温度变化的情况，着重指出几个典型阶段。 首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升，而其余部分则仍保持原来的温度，随着时间的推移，温度上升所波及的范围不断扩大，经历了一段时间后，平壁的其他部分的温度也缓慢上升。 主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段 9灰体有什么主要特征？灰体的吸收率与哪些因素有关？
探究水的沸腾河北叶连芬 1. 装置的固定顺序 实验装置如图所示，本实验中加热时要用酒精的外焰，因此应依据 酒精灯外焰高度来先确定石棉网的装置，然后再根据温度计的正确使用 方法，确定温度计悬挂的高度。 2．实验过程气泡大小的变化 水沸腾前，杯底部的水受热汽化产生的气泡上升。由于上部水温低， 上升过程中气泡内水蒸气遇冷液化收缩，所以气泡的体积由大变小。沸 腾时发生剧烈的汽化现象，整杯水的温度基本相同，这时有大量的气泡 产生，上升过程中气泡内水蒸气基本不发生液化，但随着深度的减小， 气泡所受液体的压强减小，所以就会向外膨胀而逐渐变大。 3．沸点与大气压的关系 因为液体的沸点随液体表面气压的增大而升高，随气压减小而降低。1标准大气压时，水的沸点是100℃；若沸点低于100℃，则说明可能是当时的大气压低于1标准大气压；若沸点高于100℃，则说明当时的大气压高于1标准大气压。 4．能绘制和分析图像、图表信息 本实验中数据以表格的形式记录，再根据实验数据绘制液体沸腾时温度随时间变化的图像，通过图像总结液体沸腾的特点。液体沸腾的两个条件：一是温度要达到沸点，二是要继续吸热，二者缺一不可。液体沸腾的特点是：继续吸热，温度不变。 5．加热到沸腾用时过长的原因及改进办法 实验时，如果烧杯内水太多、水的初始温度太低、烧杯敞口、没用酒精灯外焰加热等，这些都会使加热时间过长。改进的措施可以是适当减少水量、给烧杯加盖、适当提高水的初温、用酒精灯的外焰加热等。 例题在“观察水的沸腾”实验中，小红每隔1min记录一次温度计的示数。数据记录如下表： 时间/min01234567 温度/℃90949698989898 （1）实验中，小红观察到从杯底产生的气泡在上浮的过程中越来越小，如图6所示。这说明（） 图7 图6 图8 图9
《传热学》实验指导书 热工教研室编
目录 实验要求 (2) 实验一球体法粒状材料的导热系数的测定 (3) 实验二平板法导热系数的测定 (7) 实验三套管换热器液-液换热实验 (12) 实验四中温辐射黑度的测定 (16) 附录1 铜－康铜热电偶分度表 (22) 附录2 精密数字温度温差仪使用方法 (23)
实验要求 1．实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解实验目的、实验原理和实验要求，做到心中有数。 2．在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到指导教师的许可，方可动用。 3．实验时应严肃认真、一丝不苟，细致地观察实验中的各种现象，并作好记录，通过实验，训练基本操作技能和培养科学的工作作风。 4．实验结束时，学生先自行检查全部实验记录，再经指导教师审阅后，方可结束实验。 5．学生实验时，如出现实验仪器损坏情况，应及时向指导教师报告。6．按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。
实验一球体法粒状材料的导热系数的测定 一、实验目的 1.巩固稳定导热的基本理论，学习球体法测定物质的导热系数的实验方法； 2.实验测定被测材料的导热系数λ； 3. 绘制出材料导热系数λ与温度t的关系曲线。 二、实验原理 加热圆球（见图1）由两个壁厚1.2毫米的大小同心圆球（1）组成。小球内装有电加热器（2）用来产生热量。大球内壁与小球外壁各设有三对铜-康铜热电偶（4）。当温度达到稳定状态后，电加热器产生的热量全部通过中间的测试材料（3）传到外 气。 1.大小同心球； 2.电加热器； 3.颗粒状试材； 4.铜康铜热电偶； 5.专用稳压电源； 6.专用测试仪； 7.底盘； 8.UJ36a电位差计图1 加热圆球示意图 测取小球的温度t1，t2，t3, 取其平均温度：T1=(t1+ t2+ t3)/3； 测取大球的温度t4，t5, t6，取其平均温度：T2=(t4+ t5+ t6)/3；