《传热学》课程实验指导书

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1、《传热学》课程实验指导书《传热学》课程实验指导书袁守利编汽车工程学院2013年10月UU口1.实验总体目标、任务与要求培养本科生对涉及到热传播现象的工程问题进行实验研究的兴趣，并能对实验技术、数据采集系统、基本数据处理方法有所了解。学习实验研究和整理实验数据的理论基础及其应用于传热实验的基本技能；初步掌握测温、测热、测流量的基本方法。2.适用专业热能与动力工程3•先修课程《传热学》相关章节。4•实验项目与学时分配5.实验改革与特色根据实验内容和现有实验条件，在实验过程中，采取学生自己动手和教师演示相结合的方法，力求达到较好的实验效果。实验一稳态

2、球体法测粒状材料的导热系数球体法测材料的导热系数是基于等厚度球状壁的一维稳态导热过程,它特别适用于粒状松散材料。球休导热仪的构造依球体冷却的不同可分为空气口由流动冷却和恒温液体强制冷却两种。本实验属后一种恒温水冷却液套球体方式。一、实验原理图1所示球壁的内径直径分别为dl和d2(半径为门和「2)。设球壁的内外表面温度分别维持为tl和t2,并稳定不变。将傅里叶导热定律应用于此球壁的导热过程，得dtQ=-XFdr2dt=-X?4nrW(1)dr边界条件为r=rlt=tlr=r2t=t2图1原理图由于在不太大的温度范围内，大多数工程材料的导热系数随温

3、度的变化可按直线关系处理，对式(1)积分并代入边界条件，得兀ddXQ=12m(tl-t2)W(2)8Q8或Xm=W/m-°C(3)ndld2(tl-t2)式中8——球壁之间材料厚度，8=(d2-dl)/2,m；Xm——tm=(tl+t2)/2时球壁之间材料的导热系数。因此，实验时应测岀内外球壁的温度tl和t2,然后可由式(3)得出tm时材料的导热系数入mc测定不同tm下的入m值，就可获得导热系数随温度变化的关系式。二、实验设备导热仪本体结构及量测系统示意图如图2所示。图2体结构及量测系统示意图本休由两个厚l~2mm的紫铜球壳1和2组成，内球壳外

4、径dl,外球壳内径d2,在两球壳之间均匀充填粒状散料。一般d2为150^200mm,dl为70^100mm,故充填材料厚为50mm左右，内壳中装有电加热器，它产生的热量将通过球壁充填材料导至外球壳。为使内外球壳同心，两球壳之间有支承杆。外球壳的散热方式一般有两种：一种是以空气自由流动方式（同时有辐射）将热量从外壳带走；另一种是外壳加装冷却液套球，套球中通以恒温水或其他低温液体作为冷却介质。木实验为双水套球结构。为使恒温液套球的恒温效果不受外界环境温度的影响，在恒温液套球之外再加装一个保温液套球。保温液套与稳态平板法一样，利用球体导热仪的设备亦可

5、测量材料的导温系数。三、实验方法及数据整理1.球壁腔内的试验材料应均匀地充满整个空腔。充填前注意测量球壳的直径，充填后应记录试料的质量，以便准确记录试料的容积质量[kg/m3]o装填试料还应避免碰断内球壳的热电偶及电源线，并特别注意保持内外球壳同心。2.改变电加热器的电压，即改变导热量，tm将随之发牛变化，从而可获得不同tm下的导热系数。对于有恒温液套冷却的导热仪，还可通过改变恒温液温度来改变实验工况。实验应在充分热稳定的条件下记录各项数据。3.由式(3)计算导热系数。将测量结果标绘在以入为纵坐标、f为横坐标的图上。按X=Xo(l+bt)整理，

6、确定入o及b值，进一步计算实验点与代表线Z间的偏差及实验屮的各项误差。四、思考问题1•试分析材料充填不均匀所产生的影响？2•试分析内、外球壳不同心所产生的影响？1.内、外球壳Z间有支承杆，试分析这些支承杆的影响？2.如果用空气自由流动冷却的球体试分析室内空气不平静(有风)时会产生什么影响。3.采用什么方法来判断，检验球体导热过程己达到热稳定状态。4.采用恒温液套球时，为什么可以把恒温液的温度当作外球壳的表面温度？1.球体导热仪在计算导热量时，是否需要考虑热损的问题？2.对于以空气自由流动冷却的球体，试按测得的数据，计算圆球表面自由对流换热系数(

7、从加热功率中减去表曲辐射散热量，即为自由对流换热量。辐射散热量的计算方法可参见相关教材)。3.球体导热仪从加热开始，到热稳定状态所需时间取决于哪些因素？实验二蒸汽冷凝时传热系数和给热系数测定一、测试装置简介1・测定装置整体组装，带脚轮，用户接电源和上、下水后即可使用。2.可测蒸汽在水平管内冷凝（管外为口来水）吋的传热系数和给热系数。其工作原理及流程如图所示。3•管子的内壁面温度用事先埋好的三支热电偶（轴向均布）测量。4.电热蒸汽发生器总功率为9KW,最大工作压力为0.08MPao此蒸汽源亦可通过阀10—1供其它试验使用。试验装置流程图1•蒸汽发

8、生器2•电接点压力表3.安全阀4.汽水分离器5•热电偶5.压力表7•试验管组8.凝结水液位保持器9.过冷器10.阀门口•计量水箱10・12•文丘里流量