传热学实验指导书(兰交大).doc

? ? ? ? 传热学实验指导书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 兰州交通大学 机电学院热能与动力工程系 二00五年五月 ? ? ? ? 目??? 录 ? ? 实验一??? 稳态球体法测定粒状材料导热系数……………………………………1 ? 实验二??? 非稳态（准稳态）法测量材料的导热性能实验……………………………3 ? 实验三??? 强迫对流表面传热系数的测定………………………………………………6 ? 实验四??? 空气在水平管外自然对流时表面传热系数测定……………………………11 ? 实验五??? 中温法向辐射时物体黑度测定………………………………………………14 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实验一? 稳态球体法测定粒状材料导热系数 ? 一、实验目的 ? 1.在稳定状态下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数。 2.掌握实验基本原理、实验装置结构，学会使用实验仪器与设备。 3.对数据进行处理和误差分析。 ? 二、实验原理 ? 两个直径不同的空心圆球，圆球壁很薄，并放在同一圆心位置，两球之间充满一定容量、需要测定的颗粒状材料。内球装有一个电加热器，产生热量Q,沿圆球表面法线方向通过颗粒状材料向外传递热量。假定内球壁面温度为? ，外球壁面温度为? ，且????? ，球面各点温度场均是一维的，当温度不随时间变化，达到稳定状态时，根据傅里叶定律可得通过球壁的传热量为： 求解上式并带入边界条件，可得： 在热平衡时，认为传热量与电加热量相等 ??????????????????????????? 其中：? λ—导热系数? ????? Q—热量(W) ????? d1—内球直径(m) ????? d2—外球直径(m) ????? t1—内球温度℃ ????? t2—外球温度℃ ????? I—电流(A) ????? U—电压(V) 通过以上各式即可求出待测材料的导热系数。 ? 三、实验仪器与设备 ? 实验装置由两个很薄的空心圆球组成，内球直径d1=80mm，外球直径d2=160mm。内球内部装有电加热器，被测材料置于两同心球之间，热量通过被测材料传给外球，然后通过外球表面与空气之间的对流传给空气，内球表面均匀分布3对铜—康铜热电偶，可测内球壁温????????? ，外球内表面也均匀分布3对铜—康铜热电偶，测量外球壁温??? ???????。 实验台面由圆球导热仪、冰瓶、电源开关、加热按钮、测试按钮、电源指示灯、加热指示灯、测试指示灯、SY821型转换开关、PZ158A型直流数字电压表、WYJ型可调式直流稳压电源、电压表、XMT606型显示、控制、变送智能仪表组成（如图1-1所示）。 ? ???????????????????????? 图1-1 圆球导热仪体及测量系统 ? 四、实验步骤 ? 1.按图1－1接好转换开关、直流数字电压表、直流稳压电源、圆球导热仪。 2.打开电源开关，此时电源指示灯亮。观察电压表的数值是否为220伏，按下加热按钮，此时加热指示灯亮。分别调节可调式直流稳压电源的稳压粗调和细调旋钮，使输出电压值为30～40伏之间，并记下电压值和电流值。对圆球导热仪进行加热3～4个小时，使其达到稳定状态 3.待圆球导热仪达到稳定后，按下直流数字电压表的200mv按钮，使其最大量程为200mv。按下测试按钮，将转换开关从标准，依次转至1、2、3、4、5处，分别读出直流数字电压表显示的数值。其中标准、1、2处的温度为内球壁温，3、4、5处的温度为外球壁温。每隔5分钟测量一次，测量3～4次，然后将最后一组数据取平均值。 4.根据热电势值mv查阅铜—康铜热电偶分度表，求得各点温度值。 5.实验结束后，再次按下测试按钮、加热按钮，关闭电源开关。 ?????? ? 实验二? 非稳态（准稳态）法测量材料的导热性能实验 ? 一、实验目的 ? 1. 快速测量绝热材料的导热系数和比热。 2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。 ? 二、实验原理 ? ? ? ? 　 ? 2—1 第二类边界条件无限大平板导热的物理模型 ? 本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。设平板厚度为2。初始温度为，平板两面受恒定的热流密度均匀加热（见图2—1）。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布。平板中心面处和平板加热面处两面的温差为：?????? = 得出导热系数： 式中，—平板的导热系数， ????? —沿x方向给平板加热的恒定热流密度， ????? —平板的厚度， ????? —两面的温差， 根据热平衡原理，在准稳态有下列关系： ?????????? 式中，—平板的横截面积 ????? —试件材料的密