本学期实验安排传热学课程实验指导.docx

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1、传热学课程实验指导书同济大学机械与能源工程学院能源工程实验中心二〇一三年五月目录实验1圆球法测定材料导热系数1一、实验目的1二、实验原理1三、实验装置2四、实验步骤3五、实验数据的处理4六、实验报告内容5实验2平板绕流换热系数测定6一、实验目的6二、实验原理6三、实验装置8四、实验步骤9五、实验数据的记录和处理9六、实验报告内容11实验3横管自由流动换热系数测定12一、实验目的12二、实验原理12三、实验装置13四、实验步骤14五、实验数据的处理15六、实验报告内容17实验4中温辐射时物体黑度的测试18一、实验目的18二、实验原理18三、实验仪器20

2、四、实验方法和步骤21五、实验数据处理与案例21实验5热流仪法测定材料的当量导热系数23一、实验目的23二、实验原理23三、实验装置及测量仪器24四、实验方法和步骤24五、实验记录及结果处理25实验1圆球法测定材料导热系数一、实验目的在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系二、实验原理本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。设有一空心球体，球的内表面直径d1，外表面直径为d2，壁厚，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t1和t2，则根据傅立叶定律得（

3、式1-1）整理得（式1-2）式中：I—电热器的工作电流，A；U—电热器的工作电压，V；λ—试验材料在温度时的导热系数，W/m•K。如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn及其对应的t1、t2、t3…tn在坐标纸上绘出其坐标位置，如图1.1所示。图1.1导热系数与温度之间的关系示意图绘出坐标点后，应根据各点的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一

4、条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。三、实验装置本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现，实验装置如图1.2所示。图1.2实验装置简图每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为d1，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见表1.1。表1.1球体结构的尺寸球号d1m

5、md2mmdmm180.0160.0163.0280.0160.0163.0380.0160.0163.0480.0160.0163.0内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。在两个球壳之间填装需要测试的材料：颗粒度分布均匀的干黄砂。当整个实验系统达到稳定传热后，由电加热器在单位时间所产生的热量Q＝I•U（W），将全部通过中间的黄砂层而传给外球铜壳，然后再通过外表面与空气之间的自然对流而传给空气。由于内外球壳表面的温度略有不同，因此内球壳的表面是在顶

6、部附近设置热电偶ta，在底部附近设置热电偶tb，通过加权平均取得球壳表面的平均温度t1。同理外球壳的表面是在顶部热电偶tc，在底部附近设置热电偶td，通过加权平均取得球壳表面的平均温度t2。然后通过变送器将数据送入数据采集系统。检验实验球体达到稳态的标志是：各对热电偶的电位差计的读数不再随时间而改变。四个圆球在实验进行期间必须远离任何热源，并放置在空气温度较稳定的房间内，而且避免干扰圆球气流的种种因素。四、实验步骤1.闭合电闸开始加热，并调节所需的功率，使四个球体分别处于四种不同的温度状态下，然后等待整个系统达到稳定。2.打开计算机电源，进入数据采集

7、系统画面。有三个按钮，实验者进入、指导教师进入、退出系统。按图示按钮进入实验。3.进入实验系统，有一个对话框。需要输入实验者的姓名、班级、指导教师，以及实验选择。请选择λ粒状材料的导热系数实验。然后按确定按钮后，进入实验画面。4.进入实验画面后，画面底部有一排软按钮。实验者应该先按数据采集按钮，系统就进入数据采集状态。此时屏幕上会显示实验装置上所有数据。若认为数据可靠，即可按存盘键保存数据。然后按数据处理按钮，将所以实验数据经过简单处理后，以表格形式提供给实验者。同时还可以查看实验数据处理后的回归曲线（只提供定性趋势，不提供定量分析）。5.记录实验数

8、据。6.退出实验系统。表1.2实验数据记录表內球外径d1：80mm，外球内径d2：160mm空气温度tf=℃