《传热学》实验指导书
广东工业大学材料与能源学院二００六年七月印刷
实验指导书
实验项目名称：三种传热方式性能参数的综合测定 实验项目性质：专业基础课实验（综合性实验） 所属课程名称：传热学 实验计划学时：4
一、 实验目的
1．熟悉在稳定热流条件下，用平板法测定导热系数的方法。
2．掌握在不同温度条件下，试材导热系数的测定。 3．了解确定导热系数与温度的变化关系。 4．了解对流换热的实验研究方法。
5．测定空气横向流动管簇表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准则方
程式。
6．学习测量风速、温度、热量的基本技能。
7．熟悉物体辐射黑度的概念，掌握物体辐射黑度的测定。
二、 实验内容和要求
实验测试内容分三部分进行，分别为平板法测定材料的导热系数、强迫对流管簇管外换热系数测定及中温物体辐射黑度测定。
1．第一部分测试内容－平板法测定材料的导热系数
平板法是应用一维稳定导热过程的基本原理，测定绝热材料导热系数的实验测定方法之一。本装置由的中心为一发热板，通电后发出热量Q=IV （W ）向两侧导热，如测得中心发热板和两侧冷板之间的温差t ∆，又已知试材厚度δ和试材的传热面积F F ，则可得试材的导热系数：t F VI ∆=2/δλ。
本实验装置由实验装置本体1～5，硅整流电源6，转换开关7，电位差计8等组成，见附图一所示。热源板见附图二所示，为两块180×180mm 直接通电的薄膜发热板对称复合而成（可以视为均匀板），每块板对称复合而成可以分成9个60×60mm 的发热区。以中心部位为测试区。其余部分为保证一维导热的辅助加热区。在热源板上装有铜—康铜电偶，以测出其温度。
冷侧均温板为附有二平行布置的蛇形冷却管的铜板。二蛇形管内水流方向相
反，以使冷侧板温度分布均匀。在板上装有铜—康铜热电偶，以测出该处温度。所有热电偶的电势、中心热源板的电压、通过标准电阻的电压降，都经过转换开关后由电位差计测量。线路见附图三。表1列出转换开关位置相对应的测量值。热电偶冷端放于冰水瓶中。
表1：转换开关编号对应测点
实验时通过测量O
3、O
5
（或O
4
、O
6
）处热电偶电势的差值，可以了解中心区
与辅助区的差异。监测中心O
1、O
2
点热电偶电势，即可判断工况是否稳定。工况
稳定后，由O
1、O
2
、O
3
、O
4
处电势的平均数值，既可求得热源板的温度。从V
a
,V
b
(V
c
,V
d
)
处各引出2根铜线，以测量中心区左右侧热源板的电压降V
9及V
10
，流过热源板
的电流由由通过标准电阻9两端的压降V
11
测出，即可计算热源中心区的电功率。
实验时，试材4做成二块正方形的平板，尺寸为180×180mm，厚度为20mm，试材被夹紧在热源板5和冷侧均温板3之间。
2．第二部分测试内容－强迫对流管簇管外换热系数测定
根据相似理论，流体受迫外掠物体时的换热系数α与流体流速、物体几何参数、物体间的相对几何位置以及流体物性等的关系可用下列准则方程式描述：Pr)
(Re,
f
Nu=。实验研究表明，空气横掠管簇表面时，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指数形式，
n
m m
C
Nu Re
=
式中C，n均为常数，由实验确定。
努谢尔特准则
λ
α
m
m
d Nu=
雷诺准则
ν
ω
m
m
d
= Re
上述两准则中,
α——壁面平均对流换热系数[W/m²·℃] d——实验管外径，作为定性尺寸，[m] λ——空气导热系数，[W/m·℃]
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，[m ²/s]
角下标“m ”表示以空气边界层平均温度)(2
1
f w m t t t +=
作为定性温度式中：w t ——实验管壁面平均温度[℃]
t
f
——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：电流及电压的功率、管壁温度t w 、空气温度t f 、微压计动压头h 。至于α、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Re 、Nu 值：改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 3．第三部分测试内容—中温物体辐射黑度测定
利用中温辐射黑度测试仪对对流换热管辐射黑度进行测量。
三、 实验主要仪器设备和材料
1．平板法测定材料的导热系数实验装置
本实验装置由实验装置本体1～5，硅整流电源6，转换开关7，电位差计8等组成，如附图一所示。试材视具体情况提供。 2．强迫对流管簇管外换热系数测定实验装置
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、热工仪表、功率表以及调压变压器等组成。实验风洞如图1所示（温度计、微压计、功率表以及调压变压器等图中未示出来）。
由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。皮托管置于测速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。风量有风机出口挡板调节。实验段为一叉排或顺排管簇段，实验管置于管簇第三排，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四对热电偶对测壁温。
1-双扭曲线进风口； 2-蜂窝器； 3-整流金属网； 4-第一测试段； 5-实验段；
