课程编号：02300620
课程名称；传热学
Heat Transfer Experiment Instructor 传热学实验指导书
(Belong to Pyrology Staff Room)
Hefei University of Technology
2006.1
实验一 粉末或散装绝热材料导热系数测定实验
一、实验目的
1、巩固课堂所学的稳态导热的基本理论；
2、学习圆球法测定粉末或散装材料导热系数的实验方法；
3、测定试验材料(膨胀珍珠岩或空心微珠的粉末)在试验温度下的导热系数；
4、熟悉热电偶测温、直流电位差计测热电势的原理和方法。
二、实验原理
实验时将粉末或散装试验材料均匀地填满在圆球导热仪的大球和小球之间。小球内芯装有电加热器，电加热器放出的热量传给小球，然后通过试验材料传向大球，再由大球传给空气。实验中可保证大、小球壁的温度均匀一致，因此在经过一段时间加热后，自小球向大球的传热可视为球坐标系（三个坐标方向为：半径r 方向，球的经度方向及球的纬度方向）中的沿半径方向的一维稳态导热。导热量可由傅立叶定律算出：
dr
dt r dr dt A Q 2
4πλλ-=-= (1—1) 移项后为
24r Qdr
dt πλ-=
从小球到大球积分（小球半径为r 1，直径为d 1，壁温为tw 1；大球半径为r 2，直径为d 2，壁温为tw 2）有 212111)(2d d tw tw Q --=πλ （1—2）
式中：d 1、d 2单位为m
tw 1、tw 2单位为℃
Q 的单位为w
λ的单位为w/m.℃
由上式得 )(2)11(
2121tw tw d d Q --=πλ （1—3） 实验中测出电加热器的功率或测出电加热器的电压V （伏特）和电流1（安培）就可得到传热量Q ；大、小球的壁面温度tw 1、tw 2可由埋在大、小球壁面上的各三对铜-康铜热电偶测出；大球直径d 2=160×10-3
m ，小球直径d 1=80×10-3m 。测出这些数据后就可根据（1－3）式算出导热系数值。
把d 1、d 2数值代入（1－3）式整理后可得λ的简单算式：
219952.0tw tw Q -=λ （1—4） 三、实验装置
图1 实验装置图
实验装置由圆球导热仪、试验材料、电加热器、热电偶及冰瓶、多点切换开关、电位差计、功率表或电压表与电流表、交流稳压电源、自偶变压器、整流器等组成。
圆球导热仪由大、小两个空心的球壁组成，小球同心地装在大球内，试验材料填满在大小球壁之间。
大球内壁和小球外壁上埋设的三对热电偶的冷端接冰瓶，热端和多点
切换开关相连接，以便通过电位差计测出六个热电势（大球壁三个、小球壁三个），然后查热电偶分度表得到大、小球壁面的平均温度。
小球壁内的电加热器由交流稳压电源、自偶变压器、整流器供电，功率由电压表与电流表测出或由功率直接读出。电加热器的输入功率大小可由自偶变压器调节，以改变大、小球壁的温度。
四、实验步骤
1、熟悉实验装置图，并了解各部分的作用，然后接上测量仪表和全部线路，经指导教师检查后，接通电源，并调整电加热器的输入功率为指定值（该值由指导教师临时告知）。
2、加热若干时间后，当内、外壁温度不再改变时（可由热电偶的热电势不变示出）导热仪中导热已进入稳态，可以正式测量与记录数据。
3、顺序掀按琴键式切换开关，通过电位差计分别读出六个热电势（小球为1、2、3，大球为
4、
5、6），在实验报告上记录下这六个热电势值，并记录实验中功率表读数或电流与电压表读数。
4、切断电源，结束实验。
实验二 空气横掠单管时平均对流换热系数及准则方程
式测定实验
一、实验目的
1、学习测定空气槽掠单管时平均换热系数的方法；
2、测定空气槽掠单管时的准则方程式；
3、熟悉空气流速及管壁温度的测量方法。
二、实验原理
1、空气槽掠单管的平均对流换热系数α的测定
根据牛顿冷却公式:)(f w t t A Q -=α
)
(f w t t A Q -=α (4-1) 式中 α――单管沿周平均对流换热系数w/ m 2℃。
Q ――单管与空气间的对流换热量，它等于装在管子上的电加热器的功率，单位为W
A ――单管的外表面积，m 2；A ＝πDL ，D 为管子外径（单位为m ，可选不同D 的管子实验），
L 为加热部分的管长，L=0.1m
w t ,――管外壁温度，℃
f t ,――空气温度，℃
实验中只要测出电加热器功率及管外壁温度
w t 及空气温度f t 即可按（4－1）式算出空气槽掠单管时的平均对流换热系数α。
2、空气横掠单管时准则方程式测定 根据传热学教科书，强迫对流换热准则方程的一般形式为
Pr)(Re,1f Nu = (4-2)
对本实验来讲，流体为空气，实验中空气温度变化不大，因此（4－2）
中的Pr 可视为一个常数，这样（4－2）式变为
(Re)2f Nu = (4-3)
经验表明（4－3）式可以写成指数形式，即
n C Nu Re = (4-4)
实验中只要测出常数C 及指数n ，就得到了空气槽掠单管的准则方程具体形式。C 、n 的测定方法是：
对（4－4）式两边取对数，得
Re ln ln ln n C Nu +=
(4-5)
（4－5）式在ln Nu-lnRe 的坐标图上是一条直线。该直线的斜率即为n 值，截距即为lnC 值，从而得以C 、n 值。具体做法是：
实验中改变单管外径D 值或改变空气流速u 值，每改变一次得到一个雷诺数为常数空气运动黏度v v uD ??
? ??
=Re ，同时得到一个α值（α按前述方法测定），可算出一个Nu 值λ
αD Nu =，空气导热系数λ值实验中为常数）。这样每改变一次D 值或v 值，就得到一组（Re 、Nu ），把它描在lnNu －lnRe 图上就得到一个点，改变若干次就在图上得到若干点，连接这些点得到一条直线，然后求出这条直线的斜率和截距就得到n 、C 值。
C 、n 值的具体计算可有多种方法，本实验要求用最小二乘方法确定。
三、实验装置
图1 空气横掠单管对流换热实验装置
实验时，在风机的抽吸下，室内空气经进风口（可调节进风口面积以改变空气流速），风机、风箱、有机玻璃风道流向室内，单管试件就安装在有机玻璃风道内，这样就造成了空气槽掠单管的流动。
试件为一薄壁不锈钢圆管。试件上有电加热器对试件低电压大电流（直流）加热，此热量被横掠试件的空气带走。加热段ab 长度为L=0.1m ，试件外径D 对每组实验来讲是固定不变的，但空气流速可以通过进风口进风截面大小来调节。试件的低压大电流由奎直流电源供缎带。加热功率在不同风速下是相同的。
为确定试件壁温tw ，在试件中埋有铜－康铜热电偶的测量端（热端），热电偶的冷端就置于空气流中。由空气流的温度（就等于室温）可从热电偶分度表中查得)0,(f t E 值，而由电位差计可测得热电势),(f w t t E 值，)0,(w t E 值按下式算出：
)0,(),()0,(f f w w t E t t E t E +=
最后根据)0,(w t E 值查热电偶分度表得到w t 值。（因为试件很薄，仅0.2～0.3mm ，且内壁绝热，故查出的温度值就是单管外壁温度w t ）
横掠单管的空气流速由毕托管和倾斜倾压计测出。
对毕托管的全压孔1中驻点（图中2点，参数用下角标“0”表示）和静压孔（图中3点）列伯努利方程（见图4－2），有
g u g p Z g u g p Z 222
2000++=++ρρ 由于0z =Z ，0u =0，故有
202
1u p p p ρ=
?=- ρp u ?=2（式中ρ为空气密度）
Δp 由倾斜微压计读出。测量中读出的是倾斜微压计的倾斜管液柱长H （mm ）。考虑到斜管的倾斜角以及将液柱密度（倾斜微压计中液体是煤油）折合成水柱密度等因素，读出的H 值应当乘以斜压计的倍率。本实验中斜压计倍率为0.2，故实际压差高度为h ?=0.2H 。
压差（ρ'为水的密度）。这样空气流速计算式变为
ρρ1000
/2h g u ?'=
1
p L ≈3d （8——10）d
3 2 d δ p p 0
图2 毕托——静压管
取水的密度ρ'=10003/m kg ，则上式最后变为
ρh g u ?=2 (4-6)
式中h ?,为mmH 2O. ρ 为空气密度（由空气温度查表）
为了使一台电位差计能测出试件工作电压、工作电流及热电偶热电势，实验装置中设置了转换开关。
四、实验步骤
1、阅读实验指导书，熟悉本实验的实验装置与测试仪表。
2、将单管试件安装在风道中（每实验小组单管直径不变，Re 的改变通过改变进风口的流通面积大小实验，实验中进风口面积改变五次，也即可调五个空气流速）。
3、启动风机（即接通电源），将风机进风口面积调节至适当大小，待工况稳定后进行测量。
4、用电位差计（通过转换开关）测出试件的电压降（读数为mV ）。
5、用电位差计（通过转换开关）测出试件的工作电流（读数为mV ）。
6、用电位差计（通过转换开关）测出试件表面热电偶的热电势 单位
7、读出倾斜微压计的斜管液面长度H （mm ）。
8、调节进风口进风面积，调好后重复4－7的操作步骤。
9、实验结束，关闭电源。
五、最小二乘方法求C 、n
为书写方便起见，令（4－5）式中b C x y Nu ===ln ,Re ln ,ln ,（4－5）式变为
b nX y += (4-7)
实验得到N 组（Re 、Nu ）就有N 组（y 、x ）。
将每一组y 、x 记为y i , x i (i=1~N)
设每一次实验得到的yi 值与按b nx y i +=算出的y 值之差为).(y y i i i -=εε
b nx y y y i i i i --=-=ε
22)(b nx y i i i --=ε 在0,01212
=??=??∑∑==b n N
i i N i i εε 时求出的n 、b 值可使误差最小。
由上面二个偏导数等于零可得到
???????=+=+∑∑∑∑∑=====N i i
N i i N i i i N i i N i i y Nb X n Y X X b X n 11
1112 (4-8) 因此只要算出∑=N i i X 12
,∑=N i i X 1,∑=N i i i Y X 1,∑=N
i i y 1,四个值，并代入（4－8）式就可解出n 、b 值，然后由C b ln = 求出C 值，这样就求出了准则方程的具体形式。
说明：1）由于每个实验小组只测出五组（Re 、Nu ）数据，实验数据的组数不够，因此必需把本班另一实验小组的五组数据取来，然后由最小二乘方法求出C 、n 值。
2）C 、n 值的参考数值为：
Re=4~40 C=0.821 n=0.385
Re=40~4000 C=0.615 n=0.466
Re=4000~40000 C=0.174 n=0.618
Re=40000~250000 C=0.0239 n=0.805
实验四 微元表面dA1到有限表面A2的角系数测量实验
一、实验目的
1、加深对角系数物理意义的理解，学习图解法求角系数的原理和方法；
2、掌握角系数测量仪(即机械式积分仪)的原理和使用方法；
3、用角系数测量仪测定微元表面dA 1(水平放置)到有限表面A 2(A 2为矩形、垂直放置)的角系数21A dA F -。
二、图解法求角系数原理
角系数21A dA F -是dA 1发射的辐射能落到A 2上的能量的份额。设dA 1为黑体，则dA 1发射的辐射能为dQ b =dA 1E b1（E b1为dA 1的辐射力）；若落到A 2上的根据定向辐射强度定义，,21,A dA b dQ -则有
121211,b A dA b A dA E dA dQ F --=
（1）
根据定向辐射强度定义，21,A dA b dQ -可表示为 1
11,121ωθd dA Cos I dQ b A dA b ??=- (2)
式中：I b1——dA 1的定向辐射强度，π1
1b b E I =
1ωd ——A 2上的微元面积dA 2对dA 1所张的立体角
dA1Cos 1θ——dA 2上所看到的发射面积(可见发射面积)
1θ——dA 1与dA 2的连线与dA 1的法线间夹角
(2)式中有关符号的意义见图1。
图解法求角系数的具体方法是：以dA 1为球心，作一个半径为R 的半
球面(见图1)，再从dA 1中心向dA 2的周线上各点引直线，这些直线与球面的交点形成的面积记为dA s ，显然dA s 对dA 1所张的立体角也是1ωd ，于是1ωd ，可用球面上的dA s 来计算，结果是,21R dA d s =
ω代入(2)式得 2112111,121R dA dA Cos E R dA dA Cos Eb dQ S b S A dA b πθθπ=??=
--
（3）
图1 角系数FdA 1-A 2图解原理
从dA 1中心到A 2的周线上各点作直线，这些直线在球面上截出的面积记为As ，则有
??==
-s s A s b d S b A dA b R dA Cos dA E R dA dA Cos E dQ 211211,1121πθπθ （4）
(4)式中Cos 1θdAs 正好是球面上的面积dAs 在水平面上投影面积dA sp ，于是(4)式可改为
2121
,1121R A dA E R dA dA E dQ sp b A sp b A dA b sp ππ==?- （5）
式中：A sp 为球面上面积As 在水平面上投影面积。
把(5)式代入(1)式可得
221R A F sp A dA π=-
（6）
(6)式便是图解法求角系数的原理式。根据(6)式，图解法求角系数21A dA F -时，只要以dA 1为球心作一个半径为R 的半球面，再从dA 1中心向A 2周线上各点引直线，各直线在球面上截出的面积为As ，最后将As 投影到半球底面上得投影面积Asp ，测量出Asp 大小，就可按(6)式求出角系数21A dA F -。
上述推导中曾假定dA 1为黑体，实际上在一定的假定条件下（6）式对灰体也成立。
三、角系数测量仪结构和测角系数21A dA F -的原理及方法
角系数测量仪是根据图解法原理测微元表面到有限表面角系数的机械式积分仪。本实验中用的是SM —1型机械式积分仪，它的基本结构见图2。主要有立柱、滑杆、平行连杆、镜筒、记录笔、平衡块、镜筒上的瞄准镜、底座、方位角旋钮、高变角旋钮等组成。
图2 SM-1型角系数测量仪结构图
图3为SM-1角系数测量仪示意图。立杆1垂直于水平面MN 于B 点。立杆可绕其轴线旋转，以带动滑杆2旋转。滑杆2通过两根长度皆为R 的平行连杆a 、b 保持与MN 垂直。连杆a 即是测量仪的镜筒，A 点为假想的球心(dA 1)。滑杆2的下部为记录笔3。当镜筒上的C 点对准A 2周线扫瞄
时，滑杆2可以旋转和上、下移动(对A2的水平周线部分扫瞄时，滑杆转动；对A2的垂直周线部分扫瞄时，滑杆上、下移动，这时山立杆、滑杆、连杆a、b组成的四边形发尘变形，从而使记录笔沿半径方向移动。)
图3 SM-1角系数测量仪示意图
测量时仪器放置见图4。瞄准镜是dA1，A2为垂直放置的a×b的矩形面积。在测量仪底座下放一张大白纸(或方格纸)，手握平衡块使镜筒放到
360，水平位置（即将连杆放到最低位置），然后手握平衡块使立柱旋转
这时记录笔在白纸上黑出一个半径为R的圆。再手握平衡块，通过瞄准镜瞄准A2的周线扫瞄一周(瞄准时瞄准镜圆孔中心、十字中心与A2周线上的点要连成一线)，这时记录笔在白纸上画出的面积就是A sp，测量出A sp和圆的面积，两者之比就是角系数F dA1-A2(对A2周线扫瞄时，也可通过调整方位角和高度角进行)。
四、实验步骤
1、将测量仪盖板卸下，并水平地放在桌面上，放置时要把有定位铜圈的一面朝上。在盖板上贴上白纸，注意在盖板的定位铜圈处白纸要开一小孔以使定位铜圈露出。
2、将测量仪放在盖板上，这时要使测量仪底坐上的孔对准盖板上的定位铜圈。
3、将仪器箱体靠盖板垂直放置(注意盖板上的箭头与箱体上箭头对准)。
这时箱体上的a×b的矩形就是A2。
4、将镜筒放到水平位置(即连杆放到最低位置)，锁紧连杆，放下记录笔，旋转立杆(通过平衡块来旋转)，使记录笔在白纸上画出半径为R 的圆。
5、将记录笔抬起，放松锁紧旋钮，调整方位角和高低角，瞄准A 2的周线进行扫瞄操作练习(扫瞄练习也可不通过调整方位角，高低角进行，而是直接手握平衡块进行)，练习到描瞄动作熟练、准确时方可正式测定。
6、放下记录笔，细心地扫描A 2的周线一圈，记录笔这时在白纸上画出的面积即是Asp 。
7、用求积仪测出A sp 面积大小，并测量白纸上圆的半径R 的尺寸，然后按221R A F sp A dA π=-系数。注意，对同一个A 2一般要测量若干次，以求得平均角系数。
8、测量A 2的尺寸a 、b 及图4中的尺寸C ，按下列理论公式计算出角系数21A dA F -，并与测量的角系数值进行比较。
)11(2122122121y x tg y x y y tg F A dA ++-=---π
五、注意事项
1、锁紧旋钮通常应处于放松状态，当锁紧旋钮处于锁紧状态时，不得改变仪器的高度角，否则将损坏齿轮。
2、每次描瞄结束时应立即抬起记录笔，以免弄脏记录纸。
图4 实验操作时仪器放置构图
实验五两端为第一类边界条件的伸展体传热特性实验
一、实验目的
培养学生通过实验手段和试验的数据分析，求解具有对流换热条件的伸展体的传热特性。
二、实验装置及测量方法
本试验装置山风道、风机、试验元件、主付加热器、测量热电偶等组成。详见装置系统图1。
图1 试验装置的系统简图
1、风机
2、风道
3、等截面伸展体
4、主加热器
5、测温热电偶
6、付圳热器
7、热电偶拉杆及标尺
8、热电偶冷端
9、电位差计10、电压表11、风机转换开关12、调压变压器
试件是一紫铜管，放置在一风道中。山风机和风道造成空气均匀地横向流过管子表面的对流换热条件。管子表面各处的换热系数基本上是相同的。管子两端装有加热器，以维持两端处于所要求的温度状况。这样就构成一两端处于某温度的，中间具有对流换热条件的等截面伸展体。
为了测量铜管沿管长的温度分布，在管内安装有可移动的热电偶测温头。其冷端就放置在空气中，这样通过UJ—36电位差测出的热电势，就反映了管子各载面的过余温度，其相应的位置由带动热电偶测温头的滑动块在标尺上读出。
管子两端的加热器，通过调压变压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。
为了改变空气对管壁的换热条件。风机的工作电压亦相应地可作调整，以改变空气流过管子表面的速度。试件的基本参数：
管子外径：do=11.5mm 管子内径di=10mm
管子长度L=200mm 管子导热系数λ=398w ／m ℃
三、实验原理
具有对流换热的等截面伸展体当长度与横截面之比很大时(常物性)其导热微分方程式为：
A aU m m dx
d λθθ=-222 其中：m ——系数A
aU m λ=； θ——过余温度f t t -(℃);
t ——伸展体温度(℃)；
t f ——伸展体周围介质的温度(℃)：
Q ——空气对壁面的换热系数，(W ／m 2，℃)：
U ——伸展体周长，本试验中U=do π(m)；
A ——伸展体截面面积，本试件为)(),(422120m d d A -=π
伸展体内的温度分布规律，由边界条件和m 值确定。
四、完成本试验的具体作法
（1）解：0222=-θθm dx
d 截面积为A ，周长为U 的棒状体(棒导热系数为m W /λ．℃)两端分别与相距L 的两大平壁相连接(平壁保持定温tw 1和tw 2。园棒与空气接触，空气温度为t f 。(设t w1>t f >t w2棒与空气的对流换热系数为Q(w ／m 2·．℃)求：
①沿X 方向的过余温度。的分布方程式：
②分析沿X 方向棒的温度分布曲线的可能形状，分析各参数：L 、U 、
A 、λ、d 、tw 1、tw 2、t f 的影响：
③棒的最低温度截面的位置表达式(当0 (2)练习 直径为25mm ，长为300mm 的钢棒(λ=50w ／m ．℃)两端分别与大平壁相连接，平壁保持定温t w1=200℃，t w2=60℃，钢棒向四周空气散热，空气温度为t f =20℃，对流换热系数为α=20w ／m 2℃。 ①计算温度分布。 ②求棒的最低温度点的位置及其温度值。绘出该棒的温度分布曲线。 ③求棒向空气的散热量。 ④分别求出壁面1和壁面2与棒之间的导热量。 ⑤在α为什么值时，壁面2为绝热面?并画出温度分布曲线，求每小时散入空气的热量。 以上二项要求在进行试验前完成。 (3)试验要求： (一)测出一定条件下，导体内不同截面的过余温度值。 (二)刚测得的不同x 位置过余温度θ。数据求出试验条件的m 值及α值： (三)用求得的m 值(根据试验条件)，用分析公式计算过余温度分布，过余温度最低值处的位置及其值，并与实测结果比较。 通过理论分析与试验实测，总结对具有对流换热表面的伸展体传热性的认识。可以包括具体作法中(1)(3)的基本内容。 附：（1）方程0222=-θθm dx d 在第一类边界条件下，即X-0 θ=1θ，X=L θ=2θ，的解为： []{})()() (112X L m sh mx sh ml sh -+=θθθ 式中：m=αλα893.1=A U 0d U π= A=() 212 04d d -π (2) 伸展体表面与流体间换热量 [][])() ()() ()()(1)(2122112121ml ch ml sh m A Q ml ch ml sh m A Q ml sh mL ch Am Q Q Q θθλθθλθθλ-=-=+-=-= (3)m 值可测出，方法是在伸展体上测三点温度 X=Xa 处θa X=X b 处 θb X=X c 处 θc 则)2(2θ θθαc arcch L m +=（推导见下） 这里L=Xc-Xa θ=θb X b 是X c 与X a 的中点 ?? ?????+= )2()2()(1212L m sh L m sh ml sh L θθθ )2()2(222 )(L m ch L m sh L m L m sh ml sh =??????+= )2(2)2 (2221212L L arcch L m L m ch θθθθθθ+=+= ∴ （4）由0=dx d θ可得到过余温度最低值的点的X 坐标值X mn [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221 1t 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 dt t r dr t t r r ??-=21 21)(42 λπφ 将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得 )()(4121222 12 1t t t t dt t r dr t t r r ---=??λπφ (5) 式中 122 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 1 221)(t t dt t t t m -=?λλ，工程计算中，材料的热导率对温度的依变关系一般按线性关系处理，即)1(0bt +=λλ。因此， )](21[)1(210 1202 1 t t b t t dt bt t t m ++=-+=?λλλ。这时，(5)式变为 ) (2) (4)(21211222121t t d d d d r dr t t r r m --= -=?πφπφλ [W/(m ·K)] （6） 式中，m λ为实验材料在平均温度)(21 21t t t m +=下的热导率， φ为稳态时球体壁面的导热量， 21t t 、分别为内外球壁的温度， 21d d 、分别为球壁的内外直径。 实验时，应测出21t t 、和φ，并测出21d d 、，然后由（3）或（6）得出m λ。 如果需要求得λ和t 之间的变化关系，则必须测定不同m t 下的m λ值，由 ) 1() 1(202101m m m m bt bt +=+=λλλλ （ 7） 可求的b 、0λ值，得出λ和t 之间的关系式)1(0bt +=λλ。 三、实验设备 导热仪本体结构和测量系统如图1-1所示。 工程热力学与传热学课 程总结与体会 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】 工程热力学与传热学 题目：工程热力学与传热学课程总结与体 会 院系：水利建筑工程学院给排水科学与工 程 班级：给排水科学与工程一班 姓名：张琦文 指导老师：姚雪东 日期:2016年5月1日 认识看法地位作用存在问题解决措施未来 发展展望 传热学在高新技术领域中的应用 摘要: 热传递现象无时无处不在【2】它的影响几乎遍及现代所有的工业部门【1】也渗透到农业、林业等许多技术部门中。本文介绍了航空航天、核能、微电子、材料、生物 医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域在不同程度上应用传热研究的最新成果。可以说除了极个别的情况以外,很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。不仅传统工业领域,像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识【1】而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于应用传热研究的最新成果,并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。在某些环节上,传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。 前言：通过对传热学这门课程的学习,了解了传热的基本知识和理论。发现传热学是一门基础学科应用非常广泛,它会解决许许多多的实际问题更是与机械制造这门学科息息相关。传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。传热现象在我们的日常生活中司空见惯。早在人类文明之初人们就学会了烧火取暖。随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现，传热研究更是得到了飞速的发展，被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中。当今世界国与国之间的竞争是经济竞争，而伴随着经济的高速发展也带来了资源、人口与环境等重大国 传热学综合实验指导书李长仁富丽新编写 沈阳航空工业学院 动力工程系 2004．01 实验一空气纵掠平板时参数的测定 流体纵掠平板是对流换热中最典型的问题，总是被优先选作教学中对流换热的对象，是可以分析求解的最简单情况，可以籍此阐明对流换热的原理和基本概念。 本实验应用空气纵掠平板对流换热装置完成以下三个实验： 1.空气纵掠平板时局部换热系数的测定； 2.空气纵掠平板时流动边界层内的速度分布； 3.空气纵掠平板时热边界层内的温度分布。 一空气纵掠平板时局部换热系数的测定 1.实验目的 1)流体纵掠平板是对流换热中最典型的问题之一，通过空气纵掠平板时局部换热系数的测 定，加深对对流换热基本概念和规律的理解。 2)通过对实测数据的整理，了解局部换热系数沿平板的变化规律，分析讨论其变化原因。 3)了解实验装置的原理，学习对流换热实验研究方法和测试技术。 2.实验原理 恒热流密度 下，沿板长局部换 热系数改变，联系 着壁温沿板长也 变化，因此就存在 纵向导热。同时壁 温不同向外界辐 射散热也不同。为 了确定对流换热 系数，必须考虑纵 向导热和辐射的 影响。 图1微元片热平衡分析 对平板上不 锈钢片进行热分析，取其微元长度dx，如图1所示，在稳定情况下的热平衡： 电流流过微左侧导入右侧导对流传给辐射散对板体 元片的发热 + 热量 = 出的热 + 空气的热 + 失的热 + 的散热 量Qδ/Q g Q cdin量Q cdout量Q cv量Q R量Q cd 各项可分别写为： dx L VI dx b q Q v g ?? ? ??=???=2δ x s cdin dx dT b Q |? ??-=δλ ?? ??????? ??+??-=? ??-=+dx dx dT dx d dx dT b dx dT b Q s dx x s cdout δλδλ| ()bdx T T Q f x cv -=α ()bdx T T Q f b R 44-=εσ 0=cd Q 式中： b ─片宽,m δ─片厚,m L ─平板长度,m V ─不锈片两端电压降,V I ─流过不锈钢片的电流量,I q v ─电流产生的体积发热值 λs ─不锈钢片的导热系数,w/(m ?℃) T ─不锈钢片壁温,K T f ─空气来流温度,K αx ─离板前缘x 处的局部换热系数,w/(m 2?℃) ε─不锈钢片黑度 σb ─斯蒂芬波尔兹曼常数=5.67×10-8,w/(m 2·K 4) 代入微元片热平衡式后得出局部换热系数的表达式： () f f b s x T T T T dx T d bL VI ---+=44222εσδλα (1) 上式中V 、I 、T 、T f 均可由测试得到，但由于壁温T 随x 变化，只能用作图法求d 2 T /dx 值。先根据测得T ─x 的对应值，给出T ─x 变化曲线，然后用作图法求出不同x 处曲线的一阶导数dT /dx ， 基本原理： 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为： (4-1) 对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故 （4-2） 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数A。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，再两边取对数，即得到直线方程： （4-3） 在双对数坐标中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m。在直线上任取一点的函数值代入方程中，则可得到系数A，即： （4-4） 用图解法，根据实验点确定直线位置有一定的人为性。而用最小二乘法回归，可以得到最佳关联结果。应用微机，对多变量方程进行一次回归，就能同时得到A、m、n。 对于方程的关联，首先要有Nu、Re、Pr的数据组。其准数定义式分别为： 实验中改变冷却水的流量以改变Re准数的值。根据定性温度（冷空气进、出口温度的算术平均值）计算对应的Pr准数值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数α值。进而算得Nu准数值。 牛顿冷却定律： （4-5） 式中： α—传热膜系数，[W/m2·℃]； Ｑ—传热量，［Ｗ］； Ａ—总传热面积，[m2]； △t m—管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，[℃]。 传热量Q可由下式求得： （4-6）式中： W—质量流量，[kg/h]； Cp—流体定压比热，[J/kg·℃]； t1、t2—流体进、出口温度，[℃]； ρ—定性温度下流体密度，[kg/m3]； V—流体体积流量，[m3/s]。 设备参数： 孔板流量计： 流量计算关联式：V=4.49*R0.5 O），V——空气流量 (m3 /h) 式中：R——孔板压差（mmH 2 换热套管： 套管外管为玻璃管，内管为黄铜管。 套管有效长度：1.25m，内管内径：0.022m 计算方法、原理、公式： 对流传热的核心问题是求算传热膜系数α，当流体无相变时对流传热准数关联式的一般形式为： (4-1) 对于强制湍流而言，Gr准数可以忽略，故 （4-2） 本实验中，可用图解法和最小二乘法计算上述准数关联式中的指数m、n和系数 A。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re和Pr分别回归。本实验可简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。这样，上式即变为单变量方程，再两边 取对数，即得到直线议程： （4-3） 传热学实验指导书 XX大学 XX学院XX系 二〇一X年X月 一、导热系数的测量 导热系数是反映测量热性能的物理量，导热是热交换三种基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各研究领域的课题之一。要认识导热的本质特征，需要了解粒子物理特性，而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理实验。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。因此，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类有关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中所采用材料导热系数都需要用实验方法测定。 1882年法国科学家J ·傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验是稳态平板法测量材料的导热系数。 【实验目的】 1、了解热传导现象的物理过程 2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数 3、学习用作图法求冷却速率 4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法 【实验仪器】 1、YBF-3导热系数测试仪 一台 2、冰点补偿装置 一台 3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板） 一组 4、塞尺 一把 5、游标卡尺（量程200mm ） 一把 6、天平（量程1kg ，分辨率0.1g ） 一台 【实验原理】 为了测定才材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z 0，处取一个垂直截面A （如图1）以dt/dz 表示Z 处的温度梯度，以dQ/d τ表示该处的传热速率（单位时间通过截面积A 的热量），那么传导定律可表示为： ()0z z dz dt d dQ A =-==Φλτ 1-1 式中的负号表示热量从高温向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中的λ即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内通过单位截面面积的热量。 利用1-1式测量测量的导热系数，需解决的关键问题有两个：一个是在材料中造成的温度梯度dt/dz ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/d τ。 1、温度梯度dt/dz 的测量 工程热力学与传热学实验指导书 热工实验 2013年3月 实验一 非稳态（准稳态）法测材料的导热性能 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 图1 第二类边界条件无限大平板导热的物理模型 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2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（见图1）。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t (x ，τ)。导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下： 0) ,0( 0),( )0,( ) ,( ),( 0 22=??=+??=??=??x t q x t t x t x x t a x t c τλτδτττ 方程的解为： ???+--=-δδδτλτ63),( 220x a q t x t c ?? ?-??? ??-∑∞ =+102 2 1)( exp cos 2)1(n n n n n F x μδμμδ (1-1) 式中：τ — 时间；λ — 平板的导热系数； a — 平板的导温系数；n μ— πn ，n = 1，2，3，………； F 0 — 2δτa 傅里叶准则；0t — 初始温度； c q — 沿x 方向从端面向平面加热的恒定热流密度。 随着时间τ的延长，F 0数变大，式(1-1)中级数和项愈小，当F 0> 0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式(1-1)变成 ??? ? ??-+=-612),( 2220δδτλδτx a q t x t c (1-2) 由此可见，当F 0> 0.5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x =0处的温度为： ?? ? ??-= -61),0( 20δτλδτa q t t 平板加热面x =δ处为： ??? ??+= -31),( 20δτλδτδa q t t c 此两面的温差为： λ δ ττδc q t t t ?= -=?21),0( ),( (1-3) 如已知c q 和δ，再测出t ?，就可以由式(1-3)求出导热系数： t q c ?= 2δ λ (1-4) 实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件，一般可认为，试件的横向尺寸为厚度的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等于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： 《工程热力学与传热学》在机械领域中的运用 （华南农业大学，工程学院，广州510642） 摘要：自18世纪30年代发明近代动力机械以来，人类的生产力出现了质的飞跃，生产水平跨上了一个个新的台阶。随后的蒸汽轮机、内燃机乃至燃气轮机的陆续应用则更使能源的转换和利用技术达到了前所未有的崭新阶段。这个进程至今仍在继续当中。传热学科的建立与发展、不断完善和提高是与上述过程相伴而行的。热传递现象更是无时无处不在，它的影响几乎遍及所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域都在不同程度上应用传热研究的最新成果。 关键词：热传递传热学机械领域发展趋势 The application of engineering thermodynamics and heat transfer in mechanical field Qian Jianping (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) Abstract: Since the 1730 s, since the invention of the modern machinery, the productivity of human appeared a qualitative leap, the production level up a new step. Then steam turbines, internal combustion engines and gas turbine application in succession, more make the conversion and utilization of energy technology has reached the unprecedented new stage. The process is still continuing. The establishment and development of heat transfer science, and constantly improve and improve and is accompanied by the process. Heat transfer phenomenon is everywhere at all times, and its influence in almost all industrial sectors, also infiltrated in agriculture, forestry and many other technical department. the latest research results of application of heat transfer in different degree was use in Aerospace, nuclear energy, microelectronics, materials, biomedical engineering, environmental engineering, new energy and agricultural engineering, and many other high-tech fields. Key words: heat transfer heat transmission science Mechanical field development tendency 热传递现象无时无处不在，它的影响几乎遍及现代所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。可以说除了极个别的情况以外，很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。不仅传统工业领域，像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识，而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于应用传热研究的最新成果，并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。在某些环节上，传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。 热科学的工程领域包括热力学和传热学。传热学的作用是利用可以预测能量传递速率的一些定律去补充热力学分析，因后裔只讨论在平衡状态下的系统。这些附加的定律是以三种基本的传热方式为基础的，即导热、对流和辐射。传热学是研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热量传递规律的学科。传热不仅是常见的自然现象，而且广泛存在于工程技术领域。例如，提高锅炉的蒸汽产量，防止燃气轮机燃烧室过热、减小内燃机气缸和曲轴的热应力、确定换热器的传热面积和控制热加工时零件的变形等，都是典型的传热问题。 传热学的应用非常广泛，几乎渗透到生活的各个领域，如：传热学在传统机械工业领域和农业机械领域中的应用，传热学在高新技术机械领域中的应用等。 以下将《工程热力学与传热学》在机械领域中的运用分为两个方面进行介绍。 1、传热学在传统工业机械领域和农业机械领域中的应用 第十一章蒸汽压缩制冷循环 制冷：对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持这个低温，称为制冷。 制冷技术广泛应用于生产、科研、生活中。 制冷循环的目的：是将低温热源的热量转移到高温热源。 根据热力学第二定律，为了达到这个目的，必须提供机械能或热能作为代价。 根据所消耗的能量形式不同，一般可将逆循环分为两大类： ①消耗机械能的压缩式制冷循环。 包括：空气压缩制冷循环和蒸汽压缩制冷循环。 ②消耗热能的制冷循环。 包括：蒸汽喷射式制冷循环和吸收式制冷循环。 本章介绍最常用的蒸汽压缩制冷循环，并分析提高其经济性的途径。 第一节制冷剂及p-h图 制冷剂是制冷装置的工质，主要是低沸点物质。蒸汽压缩制冷装置中的制冷剂主要是氟里昂和液氨。 常用的氟利昂有：氟利昂12（CF2Cl2）、氟利昂22（CHF2Cl）、氟利昂134a （C2H2F4）、氨等。物理性质见表11-1。 制冷剂在制冷循环中存在汽-液相变，为了计算制冷循环中个过程的能量变化和状态参数，需要查找制冷剂的饱和蒸汽表和过热蒸汽表。 但是，工程上更多的是应用制冷剂的压-焓图（p-h图）进行分析。 p-h图是根据制冷剂蒸汽性质表绘制的。 p-h图是以logp为纵坐标、以h为横坐标建立的半对数坐标图。 如图11-1所示。 说明：①采用logp为坐标，可以使压力从0.001~0.01Mpa，从0.01~0.1Mpa，从0.1~1Mpa所占的坐标高度相同，使低压区图线面积增大，读数更准确。 ②因为实际蒸汽压缩制冷循环常用的工作压力围都远低于临界压力，所以工程上使用的p-h图都没有绘制较高压力部分。 p-h图分析：全图共有六条线、三个区（未饱和液体区、湿蒸汽区、过热蒸汽区）和一个点临界点C）。 《传热学》实验指导书 建筑环境与设备工程教研室 实验一 强迫对流换热实验 一、实验目的 1、了解热工实验的基本方法和特点； 2、学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法； 3、巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识； 4、培养学生独立进行科研实验的能力。 二、实验原理 1、翅片管是换热器中常用的一种传热元件，由于扩展了管外传热面积，故可使光管的传热热阻大大下降，特别适用于气体侧换热的场合。 2、空气（气体）横向流过翅片管束时的对流换热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，其无因次函数关系可表示如下： N u =f(R e 、P r 、、 、、、、o l o t o o o D P D P D B D D H /δn) (1) 式中：N u = γ D h ?为努谢尔特数； R e = γm o u D ?= η m o G D ? 为雷诺数； P r = h ν=λ μ?C 为普朗特数； H 、δ、B 分别为翅片高度、厚度、和翅片间距； P t 、P l 为翅片管的横向管间距和纵向管间距；n 为流动方向的管排数； D o 为光管外径，u m 、G m 为最窄流通截面处的空气流速（m/s ）和质量流量 （kg/m 2s ）， 且G m =u m ?ρ。λ、ρ、μ、γ、α为气体的特性值。 此外，换热系数还与管束的排列方式有关，有两种排列方式，顺排和叉排，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外换热系数会高于顺流的情况。 对于特定的翅片管束，其几何因素都是固定不变的，这时，式（1）可简化为： N u =f （R e 、P r ） （2） 对于空气，P r 数可看作常数，故 N u =f （R e ） （3） 式（3）可表示成指数方程的形式 N u =CR e n （4） 式中，C 、n 为实验关联式的系数和指数。这一形式的公式只适用于特定几何条件下的管束，为了在实验公式中能反映翅片管和翅片管束的几何变量的影响，需要分别改变几何参数进行实验并对实验数据进行综合整理。 3、对于翅片管，管外换热系数可以有不同的定义公式，可以以光管外表面为基准定义换热系数，也可以以翅片管外表面积为基准定义。为了研究方便，此处采用光管外表面积作为基准，即： ) (wo a o T T L D n Q h -???= π （5） 《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。 《工程热力学与传热学》 一、填空题（每题2分，计20分） 1.如果热力系统与外界之间没有任何形式能量互换，那么这个热力系统一定是( ） 2.抱负气体比热容只与( ）参数关于。 3.若构成热力系统各某些之间没有热量传递，热力系统将处在热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 4.若构成热力系统各某些之间没有相对位移，热力系统将处在力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。 6.湿空气压力一定期，其中水蒸气分压力取决于( ）。 7. 再热循环目是( ）。 8. 回热循环重要目是( ）。 9.热辐射可以不依托( ），在真空中传播。 10. 流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与( ）过程无关。 二. 判断题（每题1分，计20分） 1.孤立系统热力状态不能发生变化；（） 2.孤立系统就是绝热闭口系统；（） 3.气体吸热后热力学能一定升高；（） 4.只有加热，才干使气体温度升高；（） 5.气体被压缩时一定消耗外功；（） 6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（） 7.流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历过程无关；（） 8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两某些构成。（） 9.抱负气体绝热自由膨胀过程是等热力学能过程。（） 10.对于拟定抱负气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv大小与气体温度无关。（） 11.一切可逆热机热效率均相似；（） 12.不可逆热机热效率一定不大于可逆热机热效率；（） 13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变等于可逆过程熵变；（） 14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变不不大于可逆过程熵变；（） 15.不可逆过程熵变无法计算；（） 16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（） 17.封闭热力系统发生放热过程，系统熵必然减少。（） 18.由抱负气体构成封闭系统吸热后其温度必然增长；（） 19.懂得了温度和压力，就可拟定水蒸气状态；（） 20.水蒸气定温膨胀过程满足Q=W；（） 三. 问答题（每题5分，计20分） 1. 阐明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程关系。 实验三 平板导热系数测定实验 一. 实验目的 1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定材料导热系数的实验方法和技能。 2.测定试验材料的导热系数。 3.确定试验材料导热系数与温度的关系。 二.实验原理 导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用试验方法来测定，如果要分别考虑因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定试验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。 试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差t ? 成正比，和平板的厚度δ成正比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。 我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳定导热 量为 F t Q ???=δλ [w] 测定时，如果将平板两面的温差 L R t t t -=?、平板厚度δ 、垂直热流方向的 导热面积F 和通过平板的热流量Q 测定以后，就可以根据下式得出导热系数： F t Q ???= δ λ )/(C m W ?? 需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为： ) (21 L R t t t += ][C ? 在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后将λ值标在t -λ 坐标图内，就可以得出 )(t f =λ 的关系曲线。 三.实验装置及测量仪表 稳态平板法测定材料导热系数的试验装置如图1和图2所示。 被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300 ][2 mm ，实际导热计算面积 F 为200×200][2mm ，板的厚度为δ（实测）][2 mm ，平板试件分别被夹紧在加热器的上、 《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； 一、选择题(82分) 1、 定量气体吸收热量50kJ,同时热力学能增加了80kJ,则该过程是（）。A、 压缩过程 B、 膨胀过程 C、 熵减过程 D、 降压过程 正确答案： A 学生答案： A 2、 以下系统中,和外界即没有质量交换,又没有能量交换的系统是（）。A、 闭口系统 B、 开口系统 C、 绝热系统 D、 孤立系统 正确答案： D 学生答案： 3、 下列各热力过程,按多变指数大小排序,正确的是（） A、 定熵过程>定温过程>定压过程>定容过程 B、 定容过程>定熵过程>定温过程>定压过程 C、 定压过程>定容过程>定熵过程>定温过程 D、 定温过程>定压过程>定容过程>定熵过程 正确答案： B 学生答案： 4、 等量空气从相同的初态出发,分别经历可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态,则两过程中热力学能的变化（）。 可逆过程>不可逆过程 B、 二者相等 C、 可逆过程<不可逆过程 D、 无法确定 正确答案： B 学生答案： 5、 对于理想气体的定容过程,以下说法正确的是（）。A、 定容过程中工质与外界没有功量交换 B、 定容过程中技术功等于工质的体积变化功 C、 工质定容吸热时,温度升高,压力增加 D、 定容过程中工质所吸收的热量全部用于增加工质的焓值正确答案： 学生答案： 6、 某液体的温度为T,若其压力大于温度T对应的饱和压力,则该液体一定处于（）状态。 A、 未饱和液体 B、 饱和液体 C、 湿蒸汽 D、 过热蒸汽 正确答案： A 学生答案： 7、 在高温恒温热源和低温恒温热源之间有卡诺热机,任意可逆热机以及任意不可逆热机, 以下说法正确的是（）。 A、 卡诺热机是一种不需要消耗能量就能对外做功的机器 《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 化工单元实训装置系列之 传热单元操作实训装置实训操作指导书 杭州言实科技有限公司 2010.10 目录 一：前言 (3) 二、实训目的 (4) 三、实训原理 (4) （一）数据计算 (5) （二）绘制热性能曲线，并作比较 (5) 四、传热单元操作实训装置介绍 (6) （一）装置介绍 (6) （二）换热器结构 (6) 1、套管式换热器 (6) 2、管壳式换热器（列管换热器） (7) 3、板式换热器 (8) （三）工艺流程 (10) 1、实训设备配置 (12) 2、仪表及控制系统一览表 (14) 3、能耗一览表 (15) 五、实训步骤 (17) (一) 开机准备 (17) (二) 正常开机 (17) (三) 正常关机 (23) (四) 正常关机（按下表记录实验数据） (24) 一：前言 职业教育的根本是培养有较强实际动手能力和职业精神的技能型人才，而实训设备是培养这种能力的关键环节。 传统的实验设备更多是验证实验原理，缺乏对学生实际动手能力的培养，更无法实现生产现场的模拟，故障的发现，分析，处理能力等综合素质的培养。 为了实现职业技术人才的培养，必须建立现代化的实训基地，具有现代工厂情景的实训设备。 本传热实训装置把化工技术、自动化技术、网络通讯技术、数据处理等最新的成果揉合在了一起，实现了工厂模拟现场化、故障模拟、故障报警、网络采集、网络控制等培训任务。按照“工学结合、校企合作”的人才培养模式，以典型的化工生产过程为载体，以液——液传质分离任务为导向，以岗位操作技能为目标，真正做到学中做、做中学，形成“教、学、做、训、考”一体化的教学模式。以任务驱动、项目导向、学做合一的教学方法构建课程体系，开发设计传热操作技能训练装置。 本传热实训装置具有以下特点： 课程体系模块化；实训内容任务化；技能操作岗位化；安全操作规范化；考核方案标准化；职业素养文明化。 传热学三级项目 目录 一、摘要 (1) 二、前言 (1) 三、黑度的测定及分析 (1) 3.1 固体表面黑度测定的基本原理 (1) 3.2 黑度测定的设备 (2) 3.3 实验设备图片及试件图纸 (3) 3.4实验步骤介绍 (4) 3.5 实验数据及黑度值记录表 (5) 3.6 黑度与温度之间的曲线图 (5) 3.7 结论 (6) 3.8 误差分析 (6) 四、感想 (6) 五、主要参考文献 (7) 附录：自评分表 (7) 一、摘要 在传热学中，黑度的研究必不可少。本文以测量物体表面的黑度为中心，进一步研究物体的黑度与温度之间的关系。同样，这个过程也会有对黑度测定设备的介绍及对黑度测定结果的分析，最终以数据图表的形式定量给出物体黑度与温度之间的关系。 二、前言 物体可按其辐射特性分为黑体、灰体和选择性辐射体（非灰体）三大类。其中黑体是能发射全波段的热辐射，在相同的温度条件下，辐射能力最大。黑体的辐射能力为斯蒂芬-玻尔兹曼定律。 在一定温度下，将灰体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比定义为物体的黑度，或物体的发射率，用ε表示。物体表面的黑度与物体的性质、表面状况和温度等因素有关，是物体本身的固有特性，与外界环境情况无关。凡是将辐射热全部反射的物体称为绝对白体，能全部吸收的称为绝对黑体，能全部透过的则称为绝对透明体或热透体。在应用科学中，常把吸收系数接近于1的物体近似的当作黑体。本项目就是基于这些基本概念来分析固体表面黑度随温度的变化。 三、黑度的测定及分析 3.1 固体表面黑度测定的基本原理 当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收辐射 《传热学》 实验指导书工程热物理教研室编 华北电力大学（北京） 二00六年九月 前言 1．实验总体目标 通过本实验，加深学生对传热学基本原理的理解，掌握相关的测量方法，熟练使用相关的测量仪表，培养学生分析问题、解决问题的能力。 ⒉适用专业 热能与动力工程、建筑环境与设备工程、核科学与核工程 ⒊先修课程 高等数学、大学物理 ⒋实验课时分配 ⒌实验环境（对实验室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求） 实验用器材及水电等齐全，布局合理，实验台满足2～3人一组，能够满足实验的要求。 在醒目的地方有实验原理的说明，便于教师讲解及学生熟悉实验的基本原理和方法。⒍实验总体要求 每一学期前两周下达实验教学任务，实验教师按照实验任务准备相应的实验设备，实验期间要求学生严格遵守实验室的各项规章制度。学生要提前预习实验内容，完成实验后按照规定格式写好实验报告，交给实验指导教师，实验指导教师根据实验课上的表现和实验报告给出成绩评定结果。 ⒎本实验的重点、难点及教学方法建议 传热学实验的重点是非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验、强迫对流单管外放热系数测定试验、热管换热器实验，这三个实验都是综合性实验，涉及到传热学的导热基本理论，单相对流换热，热边界层理论，相变换热理论，相似原理等方面的内容，实验仪器涉及到热电耦的使用及补偿方法，比托管的使用，电位差计的使用等等，需要学生对传热学的基本内容和基本概念有清楚的了解。 难点是准稳态法测量材料的热性能实验时的测量时间不好把握，单管外放热系数实验中实验数据的整理中存在着一些技巧，另外如何调节热管的加热功率使之得到更好的热管性能曲线也存在一些技巧。 教学方法：学生提前预习，做实验之前老师提问；学生仔细观察指导教师的演示；实验室对学生开放，一次没有做成功，或者想更好地掌握实验技巧的学生，可以跟指导教师预约时间另做。传热学实验指导书
工程热力学与传热学课程总结与体会
传热学综合试验指导书
传热仿真实习实验指导
《传热学》实验指导书
工程热力学与传热学详解
《工程热力学与传热学》在机械领域中的运用
工程热力学与传热学(第十七讲)11_1、2、3
《传热学》实验指导书
传热学-强迫对流实验指导书(2014)
工程热力学与传热学试题及答案样本
传热实验指导书分析
传热学实验指导书
工程热力学与传热学
《传热学》实验：平板导热系数测定实验
传热实训实操作指导书
传热学三级项目
传热学实验指导书
相关主题
文本预览