西安交通大学传热学上机实验报告

传热综合实验一、实验目的：1、 掌握传热系数K 、传热膜系数α1的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解；2、 掌握用最小二乘法确定关联式me AR Nu =中常熟A 、指数m 的值；3、 通过对普通套管换热器和强化套管换热器的比较，了解工程上强化传热的措施；4、 掌握孔板流量计的原理；5、 掌握测温热电偶的使用方法。

二、实验原理（一）无量纲准则数对流传热准数关联式是无量纲准则数之间的方程，主要是有关Nu 、Re 、Pr 等数据组的关系。

雷诺准数μρdu =Re努赛尔特准数λαdNu =普兰特准数λμP C =Pr式中：d ——换热器内管内劲，m ；α——空气传热膜系数，W ·m -2·℃； ρ——空气密度,kg ·m -3；λ——空气的传热系数,W ·m -1·℃；p C ——空气定压比热，J ·kg -1·℃；μ——空气的动力粘度，Pa ·S 。

实验中用改变空气的流量来改变准数Re 之值。

根据定性温度计算对应的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。

（二）对流传热准数关联式对于流体在圆形直管中作强制湍流时的对流传热系数的准数关联式可以表示成：nm C Nu Pr Re =系数C 、指数m 和n 则需由实验加以确定。

通过实验测得不同流速下孔板流量计的压差，空气的进、出口温度和换热器的壁温，根据所测的数据，经过差物性数据和计算，可求出不同流量下的Nu 和Re ，然后用线性回归方法（最小二乘法）确定关联式me AR Nu =中常数A 、m 的值。

（三）线性回归用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量Re 和vPr 分别回归。

为了便于掌握这类方程的关联方法，可去n=0.4。

这样就简化成单变量方程。

两边取对数，得到直线方程Re lg lg Prlg4.0m C Nu+= 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。

《传热学》上机大作业二维导热物体温度场的数值模拟学校：西安交通大学姓名：张晓璐学号:10031133班级：能动A06一．问题（4-23）有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，形状和截面尺寸如下图所示，假设在垂直纸面方向冷空气和砖墙的温度变化很小，差别可以近似的予以忽略。

在下列两种情况下计算：砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向上的每米长度上通过墙砖上的导热量。

第一种情况：内外壁分别维持在10C ︒和30C ︒第二种情况：内外壁与流体发生对流传热，且有C t f ︒=101，)/(2021k m W h ⋅=，C t f ︒=302，)/(422k m W h ⋅=，K m W ⋅=/53.0λ二．问题分析 1.控制方程02222=∂∂+∂∂ytx t 2.边界条件所研究物体关于横轴和纵轴对称，所以只研究四分之一即可，如下图：对上图所示各边界：边界1：由对称性可知：此边界绝热，0=w q 。

边界2：情况一：第一类边界条件C t w ︒=10情况二：第三类边界条件)()(11f w w w t t h ntq -=∂∂-=λ 边界3：情况一：第一类边界条件C t w ︒=30情况二：第三类边界条件)()(22f w w w t t h ntq -=∂∂-=λ 三：区域离散化及公式推导如下图所示，用一系列和坐标抽平行的相互间隔cm 10的网格线将所示区域离散化，每个交点可以看做节点，该节点的温度近似看做节点所在区域的平均温度。

利用热平衡法列出各个节点温度的代数方程。

第一种情况： 内部角点：11~8,15~611~2,5~2)(411,1,,1,1,====++++=+-+-n m n m t t t t t n m n m n m n m n m 平直边界1：11~8),2(415~2),2(411,161,16,15,161,11,12,1,=++==++=+-+-n t t t t m t t t t n n n nm m m m平直边界2：7,16~7,107~1,6,10,,======n m t n m t n m n m平直边界3：12,16~2,30;12~1,1,30,,======n m t n m t n m n m第二种情况： 内部角点：11~8,15~611~2,5~2)(411,1,,1,1,====++++=+-+-n m n m t t t t t n m n m n m n m n m 平直边界1：11~8),2(415~2),2(411,161,16,15,161,11,12,1,=++==++=+-+-n t t t t m t t t t n n n nm m m m平直边界2：7,16~7206~1,61.0,10,)2(222111111,1,,1,======∆=∆︒=+∆∆+++=-+-n m h n m m y x C t xh t xh t t t t f f n m n m n m n m λλ平直边界3：12,16~2411~1,11.0,30,)2(222222221,1,,1,======∆=∆︒=+∆∆+++=-+-n m h n m m y x C t xh t xh t t t t f f n m n m n m n m λλ内角点：20,10,)3(22)(2111116,67,78,67,57,6=︒=+∆∆++++=h C t xh t xh t t t t t f f λλ外角点：4,30,)1(222222211,112,212,1=︒=+∆∆++=h C t xh t x h t t t f f λλ4,30,2222222,11,21,1=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ4,30,22222212,1511,1612,16=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ20,10,2111112,61,51,6=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ20,10,2111118,167,157,16=︒=+∆∆++=h C t xh t xh t t t f f λλ四．编程计算各节点温度和冷量损失（冷量推导在后面）（用fortran编程）由以上区域离散化分析可以得到几十个方程，要求解这些方程无疑是非常繁琐的，所以采用迭代法，用计算机编程求解这些方程的解，就可以得到各点温度的数值。

实验2 传热综合实验一、实验目的⒈ 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。

并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。

⒉ 通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。

⒊ 了解套管换热器的管内压降和Nu 之间的关系。

⒋ 通过对几种各具特点、不同形式的热电偶线路的实验研究，掌握热电偶的基本理论以及第三导线、补偿导线的概念，了解热电偶正确的使用方法。

二、 实验内容与要求三、实验原理实验2-1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定i αp ∆⒈ 对流传热系数的测定对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。

因为<<,所以传热管内的对流传热系数热冷流体间的总传热系数 （W/m 2·℃）（2-1）式中：—管内流体对流传热系数，W/(m 2·℃)；Q i —管内传热速率，W ； S i —管内换热面积，m 2；—对数平均温差，℃。

对数平均温差由下式确定：（2-2）式中：t i1，t i2—冷流体的入口、出口温度，℃；t w —壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。

管内换热面积：（2-3）式中：d i —内管管内径，m ；L i —传热管测量段的实际长度，m 。

由热量衡算式：（2-4）其中质量流量由下式求得：（2-5）式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。

i αi αi αo α≈i α()i m i s t Q K ⨯∆=/im ii S t Q ⨯∆≈αi αmi t ∆)()(ln )()(2121i w i wi w i w mi t t t t t t t t t -----=∆ii i L d S π=)(12i i pi i i t t c W Q -=3600ii i V W ρ=c pi 和ρi 可根据定性温度t m 查得，为冷流体进出口平均温度。

传热学计算机实习指导书本指导书是为配合本科生传热学课中计算机应用方面的教学而编写的。

应用计算机解决工程实际问题，是现代工程技术人员所必备的技能。

在传热学课程中引入计算机实习的目的，是使学生初步掌握用计算机求解传热问题的技能，从而提高学生应用计算机解决工程实际问题的能力。

大量的传热问题能够用计算机求解。

研究如何用计算机求解传热问题的专门知识数值传热学（或称计算传热学）已经发展成了传热学的一个分支学科。

传热学课中所涉及的只是数值传热学的初步知识。

因此，本次计算机实习也仅仅是作为数值传热学的入门。

本指导书给出了三个练习题及相应的算法。

这三个练习题分别涉及了一维稳态导热、二维稳态导热和一维非稳态导热。

要求学生在掌握问题的数值计算方法的基础上，独立编写计算机程序并用所编的程序计算出这三个练习题的数值结果。

1 练习题一：一维稳态导热的数值计算1．1 物理问题图1示出了一个等截面直肋，处于温度t ∞=80℃的流体中。

肋表面与流休之间的对流换热系数为h=45W/m 2.℃，肋基处温度t w =300℃，肋端绝热。

肋片由铝合金制成，其导热系数为λ=110W/m ℃，肋片厚度为δ=0.01m ，高度为H=0.1m 。

试计算肋内的温度分布及肋的总换热量。

1． 2数学描述及其解析解引入无量纲过余温度∞∞--=t t t t w θ，则以无量纲温度θ描述的肋片导热微分方程及其边界条件为:0,1,00222=∂∂====-xH x x m dxd θθθθ (1-2)(1-1)(1-3)其中Ahpm λ=(其中符号含义与教科书杨世铭陶文铨编著《传热学》相同，以下同)。

上述数学模型的解析解为:()()[]()()()m H th t t mhpm H ch H x m ch t t t t w w ∞∞∞-=-⋅-=-φ (1-4)按式(1-4)计算得到的在肋内各点的温度由表1给出。

1． 3数值离散1．3．1区域离散在对方程(1-1)~(1-3)进行数值离散之前,应首先进行计算区域的离散。

最新传热实验实验报告材料实验目的：本实验旨在探究不同材料的传热性能，通过对比实验，确定各种材料的热导率，并分析其传热机制。

实验材料：1. 铝板2. 木板3. 玻璃板4. 陶瓷板5. 泡沫塑料板6. 热敏电阻温度传感器7. 恒温水浴8. 电子秤9. 计时器10. 热风枪11. 红外测温仪12. 绝缘垫13. 实验室手套和护目镜实验步骤：1. 准备实验材料，并确保所有设备正常工作。

2. 将热敏电阻温度传感器分别固定在各类材料板的中心位置。

3. 使用电子秤确保每块材料板的质量和厚度一致。

4. 将恒温水浴设定在一个恒定的温度，如50摄氏度，并让其稳定运行。

5. 将材料板的一侧浸入恒温水浴中，开始计时。

6. 使用红外测温仪定时测量材料板另一侧的温度，并记录数据。

7. 每隔一定时间（例如每30秒）记录一次温度读数，直到温度变化趋于稳定。

8. 在实验过程中，确保使用实验室手套和护目镜，以保证安全。

9. 对每种材料重复以上步骤，至少进行三次独立实验以确保数据的准确性。

10. 收集所有数据后，关闭所有设备，并清理实验现场。

实验数据与分析：将收集到的数据输入到电子表格或数据分析软件中，计算每种材料的温度变化速率。

通过比较不同材料的温度变化，可以得出它们的热传导性能。

进一步分析可能影响传热性能的因素，如材料的密度、结构和化学成分等。

安全注意事项：- 在使用热风枪和恒温水浴时，注意避免烫伤。

- 实验过程中应避免接触高温材料板，以防烫伤。

- 实验结束后，确保所有设备已关闭并冷却，再进行清理。

通过本次实验，我们可以更好地理解不同材料的热传导特性，这对于材料科学、能源管理和建筑设计等领域具有重要意义。

传热学实验报告班级：安全工程（单）0901班姓名：***学号：01第一节稳态平板法测定绝热材料导热系数实验一、实验目的1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的试验方法和技能。

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，导热系数是各不相同的，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，如果要分别考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种实验设备上进行。

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。

实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的到热量Q 和平板两面的温差t ∆成正比，和平板的厚度h 成反比，以及和导热系数λ成反比的关系来设计的。

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：S t hQ *∆*=λ（1）其中：Q 为传到平板的热量，w ；λ为导热系数，w/m ℃；h 为平板厚度，m ； t ∆为平板两面温差，℃； S 为平板表面积；m 2；测试时，如果将平板两面温差t ∆、平板厚度h 、垂直热流力向的导热面积S 和通过平板的热流量Q 测定后，就可以根据下式得出导热系数：St hQ *∆*=λ （2） 其中：d u T -T t =∆，T u 为平板上测温度，T d 为平板下侧温度，℃；这里，公式2所得出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：()d u T T 21t +=（3） 在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后按λ值标在λ-t 坐标图内，就可以得出()t f =λ的关系曲线。

三、实验装置及测试仪器稳态平板法测定绝热材料的导热系数的电器连接图和实验装置如图1和图2所示。

西安交⼤传热学上机实验报告传热学上机实验报告⼆维导热物体温度场的数值模拟学院：化⼯学院姓名：沈佳磊学号：2110307016班级：装备11⼀、物理问题有⼀个⽤砖砌成的长⽅形截⾯的冷空⽓空道，其截⾯尺⼨如下图所⽰，假设在垂直于纸⾯⽅向上冷空⽓及砖墙的温度变化很⼩，可以近似地予以忽略。

在下列两种情况下试计算：（1）砖墙横截⾯上的温度分布；（2）垂直于纸⾯⽅向的每⽶长度上通过砖墙的导热量。

外矩形长为3.0m，宽为2.2m；内矩形长为2.0m，宽为1.2m。

第⼀种情况：内外壁分别均匀地维持在0℃及30℃；第⼆种情况：内外表⾯均为第三类边界条件，且已知：外壁：30℃，h1=10W/m2·℃,内壁：10℃，h2= 4 W/m2·℃砖墙的导热系数λ=0.53 W/m·℃由于对称性，仅研究1/4部分即可。

⼆、数学描写对于⼆维稳态导热问题，描写物体温度分布的微分⽅程为拉普拉斯⽅程22220t t x x ??+=??这是描写实验情景的控制⽅程。

三、⽅程离散⽤⼀系列与坐标轴平⾏的⽹格线把求解区域划分成许多⼦区域，以⽹格线的交点作为确定温度值的空间位置，即节点。

每⼀个节点都可以看成是以它为中⼼的⼀个⼩区域的代表。

由于对称性，仅研究1/4部分即可。

依照实验时得点划分⽹格。

建⽴节点物理量的代数⽅程对于内部节点，由?x=?y ，有,1,1,,1,11()4m n m n m n m n m n t t t t t +-+-=+++由于本实验为恒壁温，不涉及对流，故内⾓点，边界点代数⽅程与该式相同。

设⽴迭代初场，求解代数⽅程组图中，除边界上各节点温度为已知且不变外，其余各节点均需建⽴类似3中的离散⽅程，构成⼀个封闭的代数⽅程组。

以t ? =0°C 为场的初始温度，代⼊⽅程组迭代，直⾄相邻两次内外传热值之差⼩于0.01，认为已达到迭代收敛。

四、编程及结果program mainimplicit nonereal ,dimension(1:16,1:12)::treal ,dimension(1:16,1:12)::t1real q,q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8,q9,q10,q11,a integer m,n,z logical::converged=.false.z=1t=0a=0.53do n=1,12t(1,n)=30end dodo m=2,16t(m,12)=30end dodo n=1,7t(6,n)=0end dodo m=7,16t(m,7)=0end dodo while(.not.converged.and.z<10000)t1=tdo m=2,5do n=1,11if( n==1 )thent(m,n)=0.25*(t(m-1,n)+t(m+1,n)+2*t(m,n+1))elset(m,n)=0.25*(t(m-1,n)+t(m+1,n)+t(m,n-1)+t(m,n+1)) end if end doend dodo n=8,11do m=6,16if (m==16) thent(m,n)=0.25*(t(m,n-1)+t(m,n+1)+2*t(m-1,n)) elset(m,n)=0.25*(t(m-1,n)+t(m+1,n)+t(m,n-1)+t(m,n+1)) end if end doend doz=z+1do m=1,16do n=1,12if(abs(t(m,n)-t1(m,n))>0.000001) thenconverged=.false.exitelseconverged=.true.end ifend doend doend dowrite(*,'(16f5.1)',advance='no')((t(m,n),m=1,16),n=12,7,-1) write(*,*) write(*,'(6f5.1)',advance='no')((t(m,n),m=1,6),n=6,1,-1)do n=2,11q1=(t(1,n)-t(2,n))*a+q1end dodo m=2,15q2=(t(m,12)-t(m,11))*a+q2end doq3=(t(1,1)-t(2,1))*a*0.5q4=(t(16,12)-t(16,11))*a*0.5q10=q1+q2+q3+q4write(*,*)do n=2,6q5=(t(5,n)-t(6,n))*a+q5end dodo m=7,15q6=(t(m,8)-t(m,7))*a+q6end doq7=(t(5,1)-t(6,1))*a*0.5q8=(t(16,8)-t(16,7))*a*0.5q9=(t(5,7)-t(6,7))*a*2q11=q5+q6+q7+q8+q9q=(q10+q11)*0.5*4print*,"外表⾯导量=",q10,"内表⾯导热量",q11,"每⽶⾼砖墙导热量",q end结果截图：将以上结果⽤matlab画图⼯具绘制出如下图像：。

传热学是研究热量传递规律及其应用的科学，是动力工程领域的基础学科之一。

为了提高动力工程师的专业技能，本人在实训期间进行了传热学实训，通过理论学习和实际操作，掌握了传热学的基本原理、计算方法和工程应用。

二、实训目的1. 理解传热学的基本概念和基本规律；2. 掌握传热学的基本计算方法；3. 培养实际操作能力，提高工程应用能力；4. 深入了解传热学在动力工程领域的应用。

三、实训内容1. 传热学基本理论在实训期间，我学习了传热学的基本概念、基本规律和传热方式。

通过学习，我了解了热传导、对流和辐射三种传热方式的特点、影响因素和计算方法。

2. 传热学计算方法实训过程中，我学习了传热学计算方法，包括稳态传热和非稳态传热的计算。

通过实际案例的分析和计算，我掌握了传热学计算的基本步骤和注意事项。

3. 传热学工程应用实训期间，我学习了传热学在动力工程领域的应用，如热交换器、冷凝器、蒸发器等设备的传热计算和优化设计。

通过学习，我了解了传热学在动力工程中的重要作用。

4. 实际操作为了提高实际操作能力，我在实训期间参与了以下实际操作：（1）热传导实验：通过实验，我了解了热传导系数的测定方法和实验操作技巧。

（2）对流实验：通过实验，我掌握了对流换热系数的测定方法和实验操作技巧。

（3）辐射实验：通过实验，我了解了辐射传热的计算方法和实验操作技巧。

1. 理论知识方面：通过实训，我对传热学的基本概念、基本规律和传热方式有了深入的理解，掌握了传热学的基本计算方法。

2. 实际操作能力方面：通过实训，我掌握了传热学实验的基本操作技巧，提高了实际操作能力。

3. 工程应用能力方面：通过实训，我了解了传热学在动力工程领域的应用，为今后的工程实践打下了基础。

五、实训体会1. 重视理论学习和实际操作相结合：在实训过程中，我深刻体会到理论学习和实际操作相结合的重要性。

只有将理论知识应用于实际操作中，才能真正掌握传热学的知识和技能。

2. 注重实验方法和技巧：实验是验证理论、提高实际操作能力的重要手段。