穩(wěn)態(tài)平板法絕熱材料導熱系數(shù)的測定

1、實驗一 穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導熱系數(shù)實驗一、實驗目的1鞏固和深化穩(wěn)定導熱過程的基本理論，學習用平板法測定絕熱材料導熱系數(shù) 的實驗方法和技能。 2. 測定試驗材料的導熱系數(shù)。 3確定試驗材料導熱系數(shù)與溫度的關系。二、實驗原理導熱系數(shù)是表征材料導熱能力的物理量。對于不同的材料，導熱系數(shù)是各不相同的，對同一材料，導熱系數(shù)還會隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的結構和重度等因素而變異。各種材料的導熱系數(shù)都用實驗方法來測定，如果要分別考慮不同因素的影響，就需要針對各種因素加以試驗，往往不能只在一種實驗設備上進行。穩(wěn)態(tài)平板法是一種應用一維穩(wěn)態(tài)導熱過程的基本原理來測定材料導熱系數(shù)的方法，可以用來進行導熱系數(shù)的測定

2、實驗，測定材料的導熱系數(shù)及其和溫度的關系。 實驗設備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的導熱量Q和平板兩面的溫差t成正比，和平板的厚度成反比，以及和導熱系數(shù)成正比的關系來設計的。 我們知道，通過薄壁平板(壁厚小于十分之一的壁長和壁寬)的穩(wěn)定導熱量為 Q = w （11）測試時，如果將平板兩面溫差t=tR-tL、平板厚度、垂直熱流力向的導熱面積F和通過平板的熱流量Q測定以后，就可以根據(jù)下式得出導熱系數(shù)， w/m （12）需要指出，上式所得的導熱系數(shù)是在當時的平均溫度下材料的導熱系數(shù)值，此平均溫度為： （13） 在不同的溫度和溫差條件下測出相應的值，然后按值標在一坐標圖內(nèi)，就可以得出的關系曲線。三、實

3、驗裝置及測量儀器穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導熱系數(shù)的電器連接圖和實驗裝置如圖11和圖12所示。被試驗材料做成兩塊方形薄壁平板試件，面積為300× 300mm2，實際導熱計算面積F為200× 200mm2，平板厚度mm。平板試件分別被夾緊在加熱器的上下熱面和上下水套冷面之間。加熱器的上下面、水套與試件的接觸面都設有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片實現(xiàn)對上、下試件熱面的加熱，而上下導熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水(或通以自來水)來實現(xiàn)。在中間200× 200mm2部位上安設的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能夠全部單向通過上下兩個試件，并通過水套的冷水帶走，

4、在主加熱器四周(即200× 200mm2之外的四側)設有四個輔助加熱器(14)，利用專用的溫度跟蹤控制器使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向旁側散失。主加熱器的中心溫度h(或t：)和水套冷面的中心溫度I，(或14)用4個熱電偶(埋沒在銅板上)來測量，輔助加熱器1和輔助加熱器1的熱面也分別設置兩個輔熱電偶t，和L6(埋沒在銅板的相應位置上)，其中一個輔熱電偶t5(或t6)接到溫度跟蹤控制器上，與主加熱器中心接來的主熱電偶t：(或h)的溫度信號相比較，通過跟蹤器使全部輔加熱器都跟蹤到與主加熱器的溫度相一致。而在試驗進行時，可以通過熱電偶t，(或t：)和熱電偶t

5、3(或t4)測量出一個試件的兩個表面的中心溫度。也可以再測量一個輔熱電偶的溫度，以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況，溫度是利用電位差計轉(zhuǎn)換開關來測量的。主加熱器的電功率可以用電功率表或電壓表和電流表來測量。附 實驗臺主要參數(shù) 1試驗材料：2試件外型尺寸：300× 300mm23導熱計算面積F： 200× 200mm2(即主加熱器的面積)4試件厚度mm (實測)5主加熱器電阻值：6輔加熱器(每個)電阻值：7熱電偶材料: 鎳鉻一鎳硅 8試件最高加熱溫度：80圖11 試驗臺的電器聯(lián)接圖(用電位差計測溫未表示出) 圖12 實驗臺主體示意 （循環(huán)冷卻水的

6、水箱和水泵未表示）四、實驗方法和步驟 1將兩個平板試件仔細地安裝在主加熱器的上下面，試件表面應與銅板嚴密接觸，不應有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應在上面加壓一定的重物，以使它們都能緊密接觸。2聯(lián)接和仔細檢查各接線電路。將主加熱器的兩個接線端用導線接至主加熱器電源；而四個輔助加熱器經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路(實驗臺上已聯(lián)接好)，并按圖2所示聯(lián)接到輔助加熱器電源上和跟蹤控制器上。電壓表和電流表(或電功率表)應按要求接入電路。將主熱電偶之一t2(或 t1)接到跟蹤控制器面板上左側的主熱電偶接線柱上，而將輔熱電偶之一t5(或t6)接到跟蹤控制器上的相應接線柱上。把主熱電偶t1(或t2

7、)、水套冷面熱電偶t3(或t4)和輔熱電偶t6(或t5)都接到熱電偶轉(zhuǎn)換開關上，轉(zhuǎn)換開關與電位差計的“未知”相接。3檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，各熱電偶是否正常完好，校正電位差計的零位。 4接通加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合適的電壓，開始加溫，同時開啟溫度跟蹤控制器。在加溫過程中，可通過各測溫點的測量來控制和了解加熱情況。開始時，可先不啟動冷水泵，待試件的熱面溫度達到一定水平后，再啟動水泵(或接通自來水)，向上下水套通入冷卻水。試驗經(jīng)過一段時間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開始趨于穩(wěn)定。在這過程中可以適當調(diào)節(jié)主加熱器電源、輔加熱器電源的電壓，使其更快或更利于達到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以

8、每隔一段時間進行一次電功率W(或電壓V和電流I)讀數(shù)記錄和溫度測量，從而得到穩(wěn)定的測試結果。5一個工況試驗后，可以將設備調(diào)到另一工況，即調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進行測試，得到另一工況的穩(wěn)定測試結果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過大，一般在510W為宜。6根據(jù)實驗要求，進行多次工況的測試。 (工況以從低溫到高溫為宜)。7.測試結束后，先切斷加熱器電源，井關閉跟蹤器，經(jīng)過10分鐘左右后再關閉水泵(或停放自來水)。五、實驗結果處理實驗數(shù)據(jù)取實驗進入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結果的平均值。導熱量(即主加熱器的電功率)： Q = W (或I·V) W （14）式中 W主加熱器的電功率值， w；I主加

9、熱器的電流值， A； V主加熱器的電壓值， V。由于設備為雙試件型，導熱量向上下兩個試件(試件1和試件2)傳導，所以 （或） W試件兩面的溫差： t =tR-tL （15）式中 tR試件的熱面溫度(即t1或t2) ， ； tL試件的冷面溫度(即t3或t4) ， 。平均溫度為 （16）平均溫度為時的導熱系數(shù)： （或 ） w/m （17）將不同平均溫度下測定的材料導熱系數(shù)繪成關系曲線，并求出的關系式。導熱系數(shù)測定記錄表 表11序 號 主加熱器熱面溫度 tR（）冷面溫度 tL（）備 注電流I（mA）電壓V（V）功率N（W）12345678實驗二  管外強制對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的測定 

10、一、實驗目的 1.了解實驗裝置，熟悉空氣流速及管壁溫度的測量方法，掌握測試儀器、儀表的使用方法。2.測定空氣橫掠單管時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，掌握將實驗數(shù)據(jù)整理成準則方程式的方法。3.通過對實驗數(shù)據(jù)的綜合整理，掌握強迫對流換熱實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析方法。 二、實驗原理 根據(jù)牛頓冷卻公式，壁面平均傳熱系數(shù)為：式中: 管壁平均溫度，     流體的平均溫度，     管壁的換熱面積，     對流換熱量，由相似原理，流體受迫外掠物體時的放熱系數(shù)與流速物體幾

11、何形狀及尺寸物性參數(shù)間的關系可用準則方程式描述：                      研究表明，流體橫向沖刷單管表面時，準則關聯(lián)式可整理成指數(shù)形式：                   

12、0;  下標m表示用空氣膜平均溫度作特征溫度                       又有特征數(shù)準則方程：      努塞爾（Nusself）準則數(shù)               

13、;    雷諾（Reynolds）準則數(shù)                 普朗特（Prandtl）準則數(shù)                 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)          

14、            w/(m2·k)  定性尺寸，取管外徑                 m          流體導熱系數(shù)       

15、60;               w/(m·)          流體導溫系數(shù)                       m2/s

16、60;         流體運動粘度                       m2/s          流體運動速度       &#

17、160;               m/s   實驗中流體為空氣，因而，0.7，準則式可簡化成                          本實驗要測定空氣橫向掠過單管表面時的表面?zhèn)?/p>

18、熱系數(shù)，我們通過測定流速，溫度及物性參數(shù)的值來確定c,n的值，便可求得平均換熱系數(shù)。因此，我們首先使流速一定，測定電流、電壓、管壁溫度、空氣來流溫度值，查出物性參數(shù)、的值，計算出，的值得到一組數(shù)據(jù)后，可計算出一組，的值，通過改變流速來改變值，重復測量便可得到一系列數(shù)據(jù)，在以、為縱、橫坐標的雙對數(shù)坐標系中描點，并用光滑的曲線連接各測點可得到一直線，直線方程如下形式：為截距，n為斜率，從而可確定c,n的值，知道c,n的值后，由準則式：可求出表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h。 三、實驗設備 實驗本體為一立式鼓風式風洞，儀器有：離心風機，直流電源，畢托管，微差壓變送器，直流電位差計，試件（表面鍍鉻）

19、，水銀溫度計及熱電偶等?？諝饨?jīng)整流后進入風洞,氣流穩(wěn)定,因而用一個畢托管即可測定平均流速。管壁溫度用幾對熱電偶測量取平均值，空氣來流溫度用熱電偶測量。實驗風洞測試系統(tǒng)如下圖示：圖3-1  實驗臺總體圖   圖3-2  控制箱操作面板四、實驗步驟 1.     連接畢托管與微壓變送器，并校驗零點值；2.     連接熱電偶與電位差計，檢查冰水混合物溫度是否為零，將熱電偶零端放入冰水混合物中；3.     連接試件與直流

20、電源，讓指導教師檢查線路是否正確，而后進行下一步驟。4.     檢查風機電路連接是否正確，啟動風機，然后調(diào)節(jié)風機變頻器到所需流速。風機變頻器頻率的范圍在3050Hz之間，在3050Hz之間取5個頻率來調(diào)節(jié)空氣流速。5. 合試件電源開關，加熱試件。加熱試件時，先調(diào)節(jié)電流旋鈕到最大，再調(diào)節(jié)電壓旋鈕1025V之間。做實驗時當電壓旋鈕調(diào)節(jié)到10V時，風機變頻器的頻率應調(diào)節(jié)到30Hz，當電壓旋鈕調(diào)節(jié)到25V時，風機變頻器的頻率應調(diào)節(jié)到50Hz。6. 改變加熱功率，同時相應改變風機風量可測出幾組試驗數(shù)據(jù)（加熱量可以不變）。8. 實驗完畢后，先切斷實驗管電源，待冷卻

21、后，再切斷風機電源，停止試驗。9. 儀器歸零，歸位。 五、數(shù)據(jù)整理與計算 1.計算流速根據(jù)不可壓縮流體的伯努利方程，則                   ：流體總壓（pa） ：流體靜壓（pa）：流體密度（kg/m3）：流體流速（m/s） 2.確定壁面平均放熱系數(shù)電加熱所產(chǎn)生的總熱量         

22、;   由牛頓冷卻公式有                3.確定出準則方程式并作圖 將所測數(shù)據(jù)代入方程式中，求出準則數(shù)。在以Nu數(shù)為縱坐標，Re數(shù)為橫坐標的雙對數(shù)坐標系中，描出各試驗點，然后用光滑的直線將各點連起來。因Nu和Re滿足下列關系式               

23、;         為截距，n為斜率。n及用最小二乘法計算，則         第i個測量點的橫坐標的對數(shù)值  第i個測量點的縱坐標的對數(shù)值N總工況數(shù)通過計算可得準則方程式的具體形式。 4、實驗數(shù)據(jù)記錄1.單管管外強迫對流換熱實驗數(shù)據(jù)記錄 圓 管 試 件已知數(shù)據(jù)試驗管外徑    D     mm管有效長度    L  

24、   mm流道截面積    A     mm2特征尺寸值    d     mm試驗管發(fā)射率            黑體輻射常數(shù)  o= 5.669×10-8  w/(m2·k4)物性參數(shù)流體導溫系數(shù)        /s流體導熱系數(shù)

25、0;       w/(m·)流體運動粘度        /s流體密度             kg/m3實  驗  測  量  數(shù)  據(jù)項目  工況數(shù)溫度(t=(dU+0.1544)/0.0435，du熱電偶讀數(shù))電壓V電流A壓差試件表面熱電偶讀數(shù)mv流體熱電偶讀數(shù)mv溫度t1234平均56平均試

26、件流體一             二             三             四          

27、;   五             六    實驗三 管束外強制對流換熱系數(shù)的測定實驗一、實驗目的 1了解對流換熱的實驗研究方法； 2測定空氣橫向流過管束表面時的平均放熱系數(shù) ，并將實驗數(shù)據(jù)整理成準則方程式； 3學習測量風速、溫度、熱量的基本技能。二、實驗原理 根據(jù)相似理論，流體受迫外掠物體時的換熱系數(shù) 與流體流速、物體幾何參數(shù)、物體間的相對幾何位置以及流體物性等的關系可用下列準則方程式描述： N

28、u = f (Re，Pr) （31） 實驗研究表明，空氣橫掠管束表面時，由于空氣普郎特數(shù)(Pr=0.7)為常數(shù)，故一般可將上式整理成下列的指數(shù)形式，Num = C Remn （32）式中 Num努謝爾特準則 ， Num = d / m ； Rem雷諾準則 Rem = d / m ；C、n均為常數(shù)，由實驗確定。上述各準則中 壁面平均對流換熱系數(shù)， Wm2·； d實驗管外徑，作為定性尺寸， m； 空氣導熱系數(shù)， Wm·； 空氣流過實驗管外最窄截面處流速， ms； 空氣運動粘度， m2s。 角下標“m”表示以空氣邊界層平均溫度tm = 0.5(tw+tf)作為定性溫度。 式中tw

29、為實驗管壁面平均溫度，tf為空氣平均溫度，。 本實驗的任務在于確定C與n的數(shù)值，首先使空氣流速一定，然后測定有關的數(shù)據(jù)：電流I 、電壓V 、管壁溫度tw 、空氣溫度tf 、微壓計動壓頭h 。至于 、在實驗中無法直接測得，可通過計算求得，而物性參數(shù)可在有關書中查得。得到一組數(shù)據(jù)后，可得一組Re、Nu值； 改變空氣流速，又得到一組數(shù)據(jù)，再得一組Nu、Re值；改變幾次空氣流速，就可得到一系列的實驗數(shù)據(jù)。三、實驗設備 本對流實驗在實驗風洞中進行。實驗風洞主要由風洞本體、風機、構架、實驗管及其加熱器、水銀溫度計、傾斜式微壓計、皮托管、電位差計、功率表以及調(diào)壓變壓器等組成。實驗風洞如圖3-1所示(溫度計、

30、微壓計、電位差計、調(diào)壓變壓器等在圖中未示出)。圖31 實驗風洞簡圖1雙扭曲線進風口；2蜂窩器；3整流金屬網(wǎng)；4第一測試段； 5實驗段； 6第二測試段； 7收縮段； 8測速段； 9橡皮連接管； 10風機； 11皮托管 由于實驗段前有兩段整流區(qū)，可使進入實驗段氣流穩(wěn)定。皮托管置于測速段，測速段截面較實驗段小，以使流速提高，測量準確。風量由風機出口擋板調(diào)節(jié)。 實驗段為一叉排或順排管束段，實驗管置于管束第三排，管內(nèi)裝有電加熱器作為熱源，管壁嵌有四對熱電偶檢測壁溫四、實驗步驟 1將皮托管與微壓計連接好、校正零點；連接熱電偶與電位差計，再將加熱器、功率表以及調(diào)壓變壓器的線路連接好。經(jīng)指導老師檢查確認無誤后

31、，準備啟動風機。 2在關閉風機出口擋板的條件下啟動風機，讓風機空載啟動，然后根據(jù)需要開啟出口擋板，調(diào)節(jié)風量。 3在調(diào)壓變壓器指針位于零位時，合電閘加熱實驗管，根據(jù)需要調(diào)整變壓器，使其在某一熱負荷下加熱，并保持不變，使壁溫達到穩(wěn)定(壁溫熱電偶電勢在三分鐘內(nèi)保持讀數(shù)不變，即可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài))后，開始記錄熱電勢、電功率、空氣進出口溫度及微壓計的讀數(shù)。電壓不得超180V。 4在一定熱負荷下，通過調(diào)整風量來改變Re數(shù)的大小，因此保持調(diào)壓變壓器的輸出電壓不變，依次調(diào)節(jié)風機出口擋板，在各個不同的開度下測得其動壓頭，空氣進、出口溫度以及電位差計的讀數(shù)，即為不同風速下，同一負荷時的實驗數(shù)據(jù)。 5不同熱負荷條

32、件下的實驗，僅需利用調(diào)壓變壓器改變電加熱器功率，重復上述實驗步驟即可。 6實驗完畢后，先切斷實驗管加熱電源，待實驗管冷卻后再關閉風機。五、實驗數(shù)據(jù)的整理計算 1壁面平均放熱系數(shù) 電加熱器所產(chǎn)生的總熱量Q ，除了以對流方式由管壁傳給空氣外，還有一部分是以輻射方式傳出，因此，對流換熱量Qc為Qc = QQr = WQr Qr = C0 F （33）式中 Qr輻射換熱量, W ； W加熱電功率, W ； 試管表面黑度, 為0.60.7 ； C0絕對黑體輻射系數(shù), C0=5.67W(m2K4) ； Tw管壁面的平均絕對溫度, K ； Tf 空氣進出口的平均絕對溫度, K ； F 管表面積，m2 。根據(jù)

33、牛頓公式，壁面平均對流換熱系數(shù)為 = W(m2) （34）2空氣流速的計算 采用皮托管在測速段截面中心點進行測量，由于實驗風洞測速段分布均勻，因此不必進行截面速度不均勻的修正。 若采用傾斜式微壓計測得的動壓頭為h，則由能量方程式： （35）而 P2P1=(酒空)gh （36）式中 酒微壓計酒精的密度，酒=0.81x103kgm3 ； 空空氣的密度，根據(jù)空氣的平均溫度，可在有關書中查得； h傾斜式微壓計液柱高， m。由上式計算所得的流速是測速截面處的流速，而準則式中的流速是指流體流過試驗管最窄截面的流速，由連續(xù)性方程： u測 · F測 = （ F試 L·d·n ）

34、= （37）式中 u測測速處流體流速，m/s ； 試驗管最窄截面處流速，m/s ； F測測速處流道截面積，m2 ， F測=150× 80mm2 ；F試測試管處流道截面積，m2 ， F試=450×150mm2 ； L試驗管有效管長，L=450mm ； d試驗管外徑，d=38mm (實測) ； n試驗管數(shù) 。3計算定性溫度tm，并查出空氣有關物性參數(shù)。 4確定準則方程式將數(shù)據(jù)代入準則式，并分別求得幾組準則數(shù)，即可在Num為縱坐標和以Rem為橫坐標的常用對數(shù)坐標圖上，得到一些實驗點，然后用直線連接起來，因 lgNum = lgC+ n lgRemlgC為直線的截距，n為直線的斜率

35、，取直線上的兩點，即可得 n = （38） C = 即可得出具體的準則方程式 Num = C 注意：為減少取點誤差起見，可多取一些點，得出多對C、n值，然后取其平均值作為最后的C、n值。 實驗測試數(shù)據(jù)記錄表 表31序 號加熱器熱電勢（mV）動壓hv(Pa) 備注電壓V電流I功率N表面進氣出氣 1 2 3六、實驗報告要求 1實驗原理； 2實驗原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)整理； 3做出Num = C圖線；4誤差分析。實驗四 法向輻射率測定實驗一、實驗目的1、學習中溫輻射物體黑度測試儀的使用方法。2、定性地測量中溫輻射時物體的黑度。3、通過實驗使學生直觀地認識比較法在測量過程中的應用。二、實驗原理由n個物體組成的

36、輻射換熱系統(tǒng)中，利用凈輻射法，可以求物體 i 的純換熱量Qnet。.i Qnet.i = Qabs.i Qe.i = di i Eb.iFi （41）式中 Qnet.ii面的凈輻射換熱量； Qabs.ii面從其它表面的吸熱量； Qe.ii面本身的輻射熱量； ii面的黑度；k面對i面的角系數(shù)；k面的有效輻射力； Eb.ii 面的輻射力； di i 面的吸收率； Fii 面面積。根據(jù)本實驗的設備情況，可以認為：1、 熱源1、黑體腔體2為黑體。2、 熱源1、黑體腔體2、待測物體（受體）3，它們表面上的溫度均勻。 123圖41 輻射換熱測試主體1熱源；2黑體腔體；3待測物體（受體）因此，公式（41）可

37、寫成：Qnet.3 = a3 (Eb.1F11.3+ Eb.2 F22.3)3 Eb.3 F3因為：F1 = F3 ； a3 =3 ；3。2 =1。2 。又根據(jù)角系數(shù)的互換性F22.3= F33。2 ，q3 = = 3 ( Eb.11.3+ Eb.2 1.2)3 Eb.3 = 3 ( Eb.11.3+ Eb.2 1.2Eb.3 ) （42）由于受體3 與環(huán)境主要以自然對流方式換熱，因此： q3 = a( t3tf ) （43）式中 a換熱系數(shù)； t3待測物體（受體）溫度，； tf環(huán)境溫度， 。由42、43式可得： 3 = （44）當熱源1和黑體腔體2的表面溫度一致時，Eb1 = Eb.2 ，并

38、考慮到體系1、2、3為封閉系統(tǒng)，則： 1.3+1.2 = 1 ，由此，325式可寫成： 3 = = （45）式中稱為斯蒂芬玻爾茨曼常數(shù)，其值為5。7×10 8 w/m2·k4 。對不同待測物體（受體）a 、b 的黑度為： a = ；b = 設 aa = ab ，則： = （46）當 b 為黑體時，b 1，上式可寫成 a = （47）三、實驗裝置實驗裝置簡圖如下：圖42 實驗裝置示意簡圖1 熱源；2黑體腔體；3被測受體；4導軌；5黑體腔體右加熱電壓表；6黑體腔體左加熱電壓表；7電源黑體腔體右加熱電壓表；8熱源電壓旋紐；9黑體腔體左電壓旋紐；10黑體腔體右電壓旋紐；11測溫接線

39、柱；12測溫轉(zhuǎn)換開關；13電源開關熱源腔體具有一個測溫熱電偶，傳導腔體有兩個熱電偶，受體有一個測溫熱電偶，它們都可以通過琴鍵轉(zhuǎn)換開關來切換。四、實驗方法和步驟本儀器用比較法定量地測定被測物體的黑度，具體方法是通過三組加熱器電壓的調(diào)整（熱源一組，黑體腔體二組），使熱源和黑體腔體的測溫點穩(wěn)定在同一溫度上，然后分別將“待測”（受體為待測物體，具有原來的表面狀態(tài)）和“黑體”（受體仍為待測物體，但表面薰黑）兩種狀態(tài)的受體在相同的溫度條件下，分別測出受到輻射后的受體溫度，就可按公式計算出待測物體的黑體。具體步驟如下：1. 熱源腔體和受體腔體(使用具有原來表面狀態(tài)的物體作為受體)靠緊黑體腔體。2. 用導線將

40、儀器上的測溫接線柱11與電位差計上的“未知”接線柱“+”、“” 極聯(lián)結好。按電位差計使用方法進行調(diào)零、校準并選好量程（×1檔）。3. 通電源，調(diào)整熱源、黑體腔體左和黑體腔體右的調(diào)溫旋鈕，使其相應的電壓表指針調(diào)至紅點位置，加熱約40分鐘左右，通過測溫轉(zhuǎn)換開關，測試熱源、黑體腔體左和黑體腔體右的溫度，并根據(jù)測得的溫度，微調(diào)相應的電壓旋鈕，使其三點溫度盡量一致。4.系統(tǒng)進入恒溫后（各測溫點基本接近，且在5分鐘之內(nèi)各點溫度波動小于3），開始測試受體溫度，當受體溫度5分鐘內(nèi)的變化小于3時，記下一組數(shù)據(jù)?！按郎y”受體實驗結束。5.下受體，將受體冷卻后，用松脂（帶有松脂的松木）或蠟燭將受體薰黑，然

41、后重復以上實驗，測得第二組數(shù)據(jù)。將兩組數(shù)據(jù)代入公式即可得出待測物體的黑度受 。五、注意事項1、熱源及腔體的溫度不宜超過200。2、每次做原始狀態(tài)試驗時，建議用汽油或酒精將待測物體表面擦凈，否則，試驗結果將有較大出入。六、實驗所用計算公式根據(jù)式本實驗所用計算公式為： = （48）式中 0相對黑體的黑度，該值可假設為1；s待測物體（受體）的黑度；Ts受體與環(huán)境的溫差， ； T0黑體與環(huán)境的溫差， ； TY受體為相對黑體時熱源的絕對溫度， ； Ty受體為被測物體時熱源的絕對溫度， ； T0相對黑體的絕對溫度， ； Ts待測物體（受體）的絕對溫度， 。實驗五  空氣在水平管外自然對流時表面?zhèn)?/p>

42、熱系數(shù)測定 一、實驗目的   1測定空氣在水平管外自然對流時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h，并根據(jù)相似原理，整理出準則方程式。  2掌握熱電偶測溫的方法與原理。  3了解電位差計的工作原理，并正確使用高精度電位差計和直流穩(wěn)壓電源。 二、實驗原理 對實驗用水平橫管試件進行電加熱，熱量應是以對流和輻射兩種方式散發(fā)的，所以對流換熱量為總熱量與輻射換熱量之差。即：       總熱量：    Q=I*U輻射換熱量：Qr=C0F()4()4對流換熱量：Qc=F(

43、twtf)由以上三式可得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：            = 試管表面黑度，試管表面鍍鉻拋光，取=0.25C0黑體的輻射系數(shù)，管壁平均溫度（），根據(jù)平均熱電勢查出室內(nèi)空氣溫度（），根據(jù)平均熱電勢查出F管表面積，m2定性溫度取空氣邊界層平均溫度                ，在書的附錄中查得空氣的導熱系數(shù)，熱膨脹系數(shù)（空氣的熱膨脹系數(shù)

44、=），動力粘度和普朗特數(shù)Pr。運動粘度=（/），其中為空氣的密度，可根據(jù)理想氣體方程式(=P/（Rg·T）m ，Rg=287.1J/(Kg·K),P為當?shù)卮髿鈮?求出。根據(jù)相似理論，對于自然對流換熱，努賽爾數(shù)Nu是格拉曉夫數(shù)Gr、普朗特數(shù)Pr的函數(shù)，即：Nu=f(Gr·Pr)可表示成：  Nu=c(Gr·Pr)n其中c、n是通過實驗所確定的常數(shù)。為了確定上述關系式的具體形式，根據(jù)所測數(shù)據(jù)和計算結果求準則數(shù)：將四種試管管徑的數(shù)據(jù)表示在坐標紙上得到以lg(Nu)為縱坐標，以lg(Gr·Pr)為橫坐標的一系列點，畫一條直線，則大多數(shù)點落在這

45、條直線上或周圍，根據(jù)：則這條直線的斜率即為n，截距為lgc?？梢缘玫綔蕜t方程的具體形式。 三、實驗裝置 實驗裝置有試驗管（為降低輻射散熱量的影響，試管表面鍍鉻拋光），放試驗管的支撐架，轉(zhuǎn)換開關盒等。測量儀表有電位差計，直流電源。試驗管上有熱電偶（4對）嵌入管壁，可反映出管壁的熱電勢；電位差計上的“未知”接線柱按極性和轉(zhuǎn)換開關盒上的接線柱（紅正黑負）相連，用于測量室內(nèi)空氣和管壁的熱電勢；直流電源可輸入穩(wěn)定的電壓和電流，使加熱功率保持恒定。 圖5-1 實驗系統(tǒng)簡圖 四、實驗步驟 1 接好線路，調(diào)整直流電源，對試件加熱，根據(jù)試件管徑大小，加熱功率可取為7-15

46、W；2 穩(wěn)定加熱六小時后開始測管壁溫度，記下數(shù)據(jù)；3 間隔半小時再記一次，如兩組數(shù)據(jù)很接近，則可認為試管已平衡；4 把兩組接近的數(shù)據(jù)取平均值，作為計算依據(jù)；5實驗完畢后將直流電源調(diào)整回零位，切斷電源。 五、實驗數(shù)據(jù)的整理 1  已知數(shù)據(jù)： 管徑d1=80d2=60d3=40d4=20mm管長L1=800L2=800L3=800L4=800   黑度  =0.252  測試數(shù)據(jù)   管壁熱電勢：mv1，mv2，mvn   空氣熱電勢：mv1、mv23整理數(shù)據(jù)：對于每種管徑的試管

47、，計算過程是一樣的。根據(jù)所測熱電勢算出平均值，根據(jù)標定熱電偶時擬合的公式計算出對應的溫度，用同樣的方法可求出空氣的溫度。計算加熱器的熱量,其I、V的值可直接從直流電源上讀出。 a、求每種管徑的對流換熱系數(shù)              =b、查出物性參數(shù)  定性溫度取空氣邊界層平均溫度，根據(jù)定性溫度在教課書上查出空氣的導熱系數(shù)，熱膨脹系數(shù)，動力粘度，和普朗特數(shù)Pr。c、計算每種管徑的準則數(shù)