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传热系数K和给热系数α的测定(传递过程原理实验)

一、实验目的

(1)本实验旨在通过实际操作，使学生深入理解传热学中的基本概念和理论，掌握传热系数K和给热系数α的测定方法。通过实验，学生能够学会如何使用实验设备进行精确的测量，并学会如何分析实验数据，从而提高对传热过程的认识和掌握程度。

(2)在实验过程中，学生将学习如何构建传热模型，并理解不同传热方式（如传导、对流、辐射）在热传递过程中的作用。通过测定传热系数K和给热系数α，学生可以验证传热学的基本原理，并掌握如何将这些原理应用于实际问题中。

(3)此外，实验还旨在培养学生的实验操作技能，包括正确使用实验仪器、记录实验数据、分析实验结果以及撰写实验报告。通过这些实践，学生将提高自己的实验设计和数据分析能力，为未来从事相关领域的研究和工作打下坚实的基础。

二、实验原理

(1)传热系数K和给热系数α是传热学中的重要参数，它们分别代表了材料在传导和对流过程中的热传递能力。传热系数K描述了单位时间内单位面积上，当温度梯度为1K时，通过材料传递的热量。而给热系数α则描述了单位时间内单位面积上，当流体温度梯度为1K时，通过流体传递的热量。这两个参数的测定对于工程设计和热力系统分析具有重要意义。

(2)在本实验中，传热系数K的测定通常采用稳态传热原理。实验过程中，通过在材料两侧施加恒定的温差，使材料内部达到稳态温度分布。通过测量材料两侧的温度梯度以及通过材料传递的热量，可以计算出传热系数K。具体而言，实验装置通常包括一个热电偶温度计来测量材料两侧的温度，以及一个加热器来提供恒定的温度梯度。

(3)给热系数α的测定则基于牛顿冷却定律，即对流热传递速率与温度梯度成正比。实验中，将物体放置在流体中，通过测量物体表面的温度变化以及流体温度的变化，可以计算出给热系数α。实验装置通常包括一个物体（如金属棒或平板），一个流体（如水或空气），以及温度传感器来测量物体表面和流体温度。通过控制流体的流速和温度，可以研究不同条件下给热系数的变化规律。

三、实验步骤

(1)实验开始前，首先需要准备实验设备，包括热电偶温度计、加热器、待测材料、流体容器以及计时器等。将热电偶温度计正确安装在材料两侧，确保其能够准确测量温度变化。同时，将加热器固定在实验装置上，并调整至预定的功率。

(2)在实验装置稳定后，开启加热器，并记录实验开始时间。观察并记录材料两侧的热电偶温度计读数，以及通过加热器传递的热量。同时，确保流体温度保持恒定，记录流体的温度和流速。实验过程中，定时记录温度变化和热量传递数据。

(3)实验结束后，关闭加热器，取出待测材料，并清理实验设备。将实验数据整理成表格，进行数据分析，计算传热系数K和给热系数α。根据实验数据，绘制温度随时间变化的曲线，进一步分析热传递过程。最后，撰写实验报告，总结实验结果和实验过程中遇到的问题及解决方案。