傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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1、[實(shí)驗(yàn)一]用球體法測定粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、鞏固和深化穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本理論，學(xué)習(xí)測定粒狀材料的熱導(dǎo)率的方法。2、確定熱導(dǎo)率和溫度之間的函數(shù)關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理熱導(dǎo)率是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量，其單位為W/(m·K)，對(duì)于不同的材料，熱導(dǎo)率是不同的。對(duì)于同一種材料，熱導(dǎo)率還取決于它的化學(xué)純度，物理狀態(tài)（溫度、壓力、成分、容積、重量和吸濕性等）和結(jié)構(gòu)情況。各種材料的熱導(dǎo)率都是專門實(shí)驗(yàn)測定出來的，然后匯成圖表，工程計(jì)算時(shí)，可以直接從圖表中查取。球體法就是應(yīng)用沿球半徑方向一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本原理測定粒狀和纖維狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法。設(shè)有一空心球體，若內(nèi)外表面的溫度各為t1和t2并維持不變，根

2、據(jù)傅立葉導(dǎo)熱定律：（1）邊界條件（2）1、若λ=常數(shù)，則由（1）（2）式求得[W][W/(m·K)](3)2、若λ≠常數(shù)，（1）式變?yōu)椋?）由（4）式，得將上式右側(cè)分子分母同乘以（t2－t1），得(5)式中項(xiàng)顯然就是λ在t1和t2范圍內(nèi)的積分平均值，用表示即，工程計(jì)算中，材料的熱導(dǎo)率對(duì)溫度的依變關(guān)系一般按線性關(guān)系處理，即。因此，。這時(shí)，(5)式變?yōu)閇W/(m·K)]（6）式中，為實(shí)驗(yàn)材料在平均溫度下的熱導(dǎo)率，為穩(wěn)態(tài)時(shí)球體壁面的導(dǎo)熱量，分別為內(nèi)外球壁的溫度，分別為球壁的內(nèi)外直徑。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)測出和，并測出，然后由（3）或（6）得出。如果需要求得λ和t之間的變化關(guān)系，則必須測定不同下的值，由（7）

3、可求的值，得出λ和t之間的關(guān)系式。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備導(dǎo)熱儀本體結(jié)構(gòu)和測量系統(tǒng)如圖1-1所示。圖1-1導(dǎo)熱儀本體結(jié)構(gòu)和測量系統(tǒng)1．內(nèi)球殼2．外球殼3．電加熱器4．熱電偶5．轉(zhuǎn)換開關(guān)6．冰點(diǎn)保溫瓶7．電位差計(jì)8．調(diào)壓變壓器9．電壓表10．電流表本體有兩個(gè)很薄的銅制同心球殼1和2組成。內(nèi)球殼外徑為d1，外球殼外徑為d2，在兩球殼之間均勻填滿粒狀材料（如砂子、珍珠巖、石棉灰等）。內(nèi)殼中裝有電加熱器，它產(chǎn)生的熱量將通過粒狀材料導(dǎo)至外殼，為使內(nèi)外球殼同心，兩球之間有支撐桿。由試料導(dǎo)出的熱量從外殼表面以自然對(duì)流的方式由空氣帶走，球外商部和下部的空氣流動(dòng)情況不同，外球表面溫度分布不均勻，因此在內(nèi)外球殼的表面上各埋

4、置3~6個(gè)對(duì)熱電偶，用來測量內(nèi)外球殼的溫度，并取其平均值作為球壁的表面溫度。球內(nèi)試料應(yīng)力求松緊均勻，填滿空間，室溫應(yīng)盡量保持不變，避免日光直射球殼，應(yīng)防止人員走動(dòng)、風(fēng)等對(duì)球殼表面空氣自由流動(dòng)的干擾，以便使外球殼的自然對(duì)流放熱狀態(tài)穩(wěn)定，這樣才能在試料內(nèi)建立一維穩(wěn)態(tài)溫度場。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將試料烘干，并根據(jù)給定的被測材料的容量，算出儀器內(nèi)所需裝填的試料重量，然后均勻的裝入球內(nèi)；2、將所有儀器儀表按圖1-1接好，并經(jīng)指導(dǎo)教師檢查；3、接通電源，用調(diào)壓變壓器將電壓調(diào)到一定的數(shù)值并保持不變，觀察各項(xiàng)測量數(shù)據(jù)的變化情況；4、當(dāng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本不隨時(shí)間變化時(shí)，說明系統(tǒng)已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，開始測量并記錄，每隔5分鐘測

5、一次，并測3次；5、整理數(shù)據(jù)，選取一組數(shù)據(jù)，代入計(jì)算式，計(jì)算值；材料　內(nèi)球殼外徑　外球殼內(nèi)徑　室溫　測量內(nèi)球殼外面溫度℃外球殼外面溫度℃電加熱器次數(shù)123456平均123456平均電流I電壓V1　　　　　　　　　　　　　　　　2　　　　　　　　　　　　　　　　3　　　　　　　　　　　　　　　　6、改變電加熱器的電壓，即改變熱流，使它維持在另一數(shù)值上，當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，重復(fù)步驟4和5，得到新的值。利用兩種情況下的值，由（7）式求得值，得出λ和t之間的關(guān)系式。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、畫出實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)簡圖；2、實(shí)驗(yàn)過程中所測量的原始數(shù)據(jù)記錄3、實(shí)驗(yàn)表格和計(jì)算結(jié)果4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分析和討論六、思考題1

6、、試料填充的不均勻所產(chǎn)生的影響是什么？2、內(nèi)外球殼不同心所產(chǎn)生的影響是什么？3、室內(nèi)空氣不平靜會(huì)產(chǎn)生什么影響？4、怎樣判斷、檢驗(yàn)球體導(dǎo)熱過程已達(dá)到穩(wěn)態(tài)？5、怎樣按測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算圓球表面自然對(duì)流換熱系數(shù)？6、球體導(dǎo)熱儀從開始加熱到熱穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間取決于哪些因素？[試驗(yàn)二]空氣外掠單管管外放熱系數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解對(duì)流放熱的實(shí)驗(yàn)研究方法。2、測定空氣橫向流過單管表面時(shí)的平均放熱系數(shù)h，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式，加深對(duì)相似理論的理解。３、學(xué)習(xí)測量風(fēng)速、溫度和熱量的基本技能。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)相似理論，流體受迫外掠物體時(shí)的放熱系數(shù)h與流速、物體幾何形狀及尺寸、流體物性間的關(guān)系可用下列準(zhǔn)則方

7、程式描述：實(shí)驗(yàn)研究表明，流體橫掠單管表面時(shí)，一般可將上式整理成下列具體的指數(shù)形式式中：c、n、m均為常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定，上述各準(zhǔn)則中d為實(shí)驗(yàn)管外徑，作定性尺寸[m]u為流體流過實(shí)驗(yàn)管外最窄面處流速[m/s]λ為流體的熱導(dǎo)率[W/(m·K)]a為流體的導(dǎo)溫系數(shù)[m2/s]ν為流體運(yùn)動(dòng)黏度[m2/s]定性溫度用流體邊界層的平均溫度，鑒于實(shí)驗(yàn)中流體為空氣，，故準(zhǔn)則式可化為本實(shí)驗(yàn)的任務(wù)在于確定C與n的數(shù)值，首先使空氣流