传热学实验指导书

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1、《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15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实验课时分配实验项目学时实验一非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验2实验二强迫对流单管外放热系数测定试验2实验三热管换热器实验2⒌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

2、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

3、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；

4、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。15目录实验一、非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验…………………………3实验二强迫对流单管外放热系数测定试验…………………………………7实验三热管换热器实验……………………………………………………1315实验一非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验一、实验目的1．了解准稳态法测量绝热材料导热系数、比热容的基本原理和构思。2．掌握热电耦的使用及其补偿方法以及热流的测试方法。3．掌握由

5、实验数据计算出导热系数和比热的方法。4．分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二、实验类型综合性试验三、实验仪器实验装置如图1-1所示，说明如下：图1-1实验装置图1）试件试件尺寸为100mm×100mm×δ，共四块，尺寸完全相同，δ=10～16mm。每块试件上下面要平齐，表面要平整。图1-2热电耦布置图2）加热器采用高电阻康铜箔平面加热器，康铜箔厚度仅为20μm15，加上保护箔的绝缘薄膜，总共只有70μm。其电阻值稳定，在0—100℃范围内几乎不变。加热器的面积和试件的端面积相同，也是100mm×

6、100mm正方形。两个加热器的电阻值应尽量相同，相差应在0.1%以内。3）绝热层用导热系数比试件小的材料作绝热层，力求减少热量通过，使试件1、4与绝热层的接触面接近绝热。4）热电偶利用热电偶测量试件2两面的温差及试件2、3接触面中心处的温生速率，热电偶由0.1mm的康铜丝制成。实验时，将四个试件齐迭放在一起，分别在试件1和2及试件3和4之间放入加热器1和2，试件和加热器要对齐。热电偶的放置如图1-2，热电偶测温头要放在试件中心部位。放好绝热层后，适当加以压力，以保持各试件之间接触良好。四、实验原理本实验是根

7、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t0，平板两面受恒定的热流密度qc均匀加热（见图1-3）。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x，)。导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：图1-3第二类边界条件无限大平板导热的物理模型时,x=0处，处，方程的解为：（1-1）式中：τ—时间(s)；λ—平板的导热系数(W/m∙℃)；—平板的热扩散率(m2/s)；—　n=1，2，3，……；Fo—，傅立叶准则；t0—初始温度(℃)；—沿x15方向从端面向平板加热的恒定热流密度(

8、W/m2)；随着时间τ的延长，Fo数变大，式（1-1）中级数和项愈小。当F0>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1-1）变成：（1-2）由此可见，当F0>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。在准态时，平板中心面x=0处的温度为：（1-3）平板加热面x=δ处为：（1-4）此两面的温差为：（1-5）如已知qc和δ，再测出Δt，就可以求出导热系数