《傳熱學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

關(guān)系曲線，并求出的關(guān)系式。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定記錄表序號(hào)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）123六：數(shù)據(jù)處理：序號(hào)主加熱器熱面溫度tR（℃）冷面溫度tL（℃）平均溫度（℃）導(dǎo)熱系數(shù)(w/m.k)電流I（mA）電壓V（V）功率N（W）123實(shí)驗(yàn)（項(xiàng)目）二非穩(wěn)態(tài)法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）快速測(cè)量絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱。（2）掌握使用電熱偶測(cè)量溫差的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理圖2-1第二類邊界條件無(wú)限大平板導(dǎo)熱的物理模型本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)第二類邊界條件，無(wú)限大平板的導(dǎo)熱問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)的。設(shè)平板厚度為2δ，初始溫度為t0平板兩面受恒定的熱流密度qc均勻加熱（如圖2-1），求任何瞬間平板厚度方向的溫度分布t(x,).平板中心x=0處和平板加熱面x=δ處兩面的溫差為：EQ（1）得出導(dǎo)熱系數(shù)：式中，λ—平板導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)qc—沿x方向給平板加熱的恒定熱流密度，W/m2δ—平板的厚底，mm—兩面的溫差，℃圖2-2為準(zhǔn)態(tài)平板法測(cè)試裝置圖。利用四塊表面平整，尺寸為200mm×200mm×10mm完全相同的被測(cè)試件（材料為有機(jī)玻璃，其導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.140—0.198W/(m·℃)，每塊試件的厚度為δ。將四塊試件疊在一起并裝入兩個(gè)同樣的高電阻康銅箔平面加熱器，加熱器面積和試件相同。用導(dǎo)熱系數(shù)比試件小得多的材料做絕熱層，力求減少通過(guò)它的熱量，使試件1，4與絕熱層的接觸面接近絕熱。這樣可假定qc等于加熱器發(fā)出熱量的1/2，即qc=。利用熱電偶測(cè)量試件2兩面的溫差以及2、3接觸面中心處的溫升速率。熱電偶端放在冰瓶中，保持零度。三、實(shí)驗(yàn)裝置圖2-2實(shí)驗(yàn)裝置四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按要求連接線路，接好熱電偶與SY821型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的導(dǎo)線及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與PZ158A型直流數(shù)字電壓表的連接。2.開(kāi)啟直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源開(kāi)關(guān)，現(xiàn)將穩(wěn)壓調(diào)節(jié)按鈕順時(shí)針調(diào)節(jié)到最大，同時(shí)將穩(wěn)流調(diào)節(jié)按鈕逆時(shí)針調(diào)到最小。接上所需負(fù)載，在順時(shí)針調(diào)節(jié)穩(wěn)流按鈕使輸出電流至所需穩(wěn)流電流值，電流值一般在0.2A左右，以保證恒定電流加熱試件。3.啟動(dòng)秒表，每隔一分鐘測(cè)量一次。經(jīng)一段時(shí)間后（一般在10-20min）系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。帶進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后記錄數(shù)據(jù)，并記錄電流、電壓值。4.實(shí)驗(yàn)完畢后，切斷電源。五、注意事項(xiàng)1.直流數(shù)字電壓表使用前需預(yù)熱1小時(shí)（經(jīng)劇烈條件變化或長(zhǎng)期不用時(shí)預(yù)熱時(shí)間在2-3小時(shí)）。在插上電源線前必須關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，以免燒壞保險(xiǎn)絲。2.在使用直流數(shù)字電壓表，在本實(shí)驗(yàn)一般采用200mV量程進(jìn)行測(cè)量，注意不要用手觸摸其中一個(gè)金屬端子，并保證測(cè)量?jī)啥俗拥臒崞胶夂笤龠M(jìn)行調(diào)零或測(cè)量。3.必須把直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源作為橫流電源使用，電流一般在0.2A左右，加熱功率在10W左右。4測(cè)量時(shí)一定按下測(cè)量按鈕，以免帶來(lái)較大誤差。同時(shí)測(cè)量應(yīng)先測(cè)加熱溫度。然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)測(cè)量中心面溫度，并要求復(fù)位。5.實(shí)驗(yàn)要求一次成功，如中途失敗，需待試件冷卻至室溫后才能進(jìn)行第二次測(cè)量。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、記錄數(shù)據(jù)通電后被測(cè)點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)：2、整理數(shù)據(jù)通電后被測(cè)點(diǎn)的溫度溫度組數(shù)溫度組數(shù)12345123EMBEDExcel.Sheet.83、導(dǎo)熱系數(shù)的確定4、誤差分析實(shí)驗(yàn)（項(xiàng)目）三套管式換熱器性能測(cè)試試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膿Q熱器性能試驗(yàn)的目的是：測(cè)定換熱器的傳熱系數(shù)，作為鑒定其傳熱性能的優(yōu)劣，并作為取得的傳熱數(shù)據(jù)、比較和改進(jìn)換熱器的依據(jù)。在一些條件下，通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，還可以從傳熱系數(shù)中獲取換熱系數(shù)的數(shù)據(jù)，從而能更全面地了解換熱的規(guī)律。但由于各種換熱器的結(jié)構(gòu)、材料、工質(zhì)性質(zhì)、工作原理以及工作條件等不同，其實(shí)驗(yàn)的方法和測(cè)試的參數(shù)將會(huì)有很大的差異。二、實(shí)驗(yàn)原理?yè)Q熱器傳熱系數(shù)由下式確定：(1)式中：F——傳熱面積。對(duì)于某些換熱器，冷流體側(cè)與熱流體側(cè)的F相差較大，因此傳熱系數(shù)的數(shù)值與采用哪一側(cè)的面積計(jì)算有關(guān)?！錈崃黧w通過(guò)間壁交換的熱量。必須注意，熱流體釋放的熱量可能不等于冷流體的吸熱量。因此，在用式(1)計(jì)算時(shí)，要根據(jù)換熱器中冷熱流體留到的具體安排情況，來(lái)決定采用熱流體釋熱量或冷流體的吸熱量作為Q的計(jì)算值?！錈崃黧w間換熱的平均溫度差；(2)式(2)中：為換熱器溫度差修正系數(shù)，它與換熱器中冷熱流體的流向及流動(dòng)方式有關(guān)。對(duì)于逆流或或順流，；對(duì)于其它流方式，可從有關(guān)傳熱學(xué)書(shū)籍中查詢的值。與分別為換熱器進(jìn)出口端冷熱流體間的溫度差。若>，則在/>0.5的情況下，上述溫度差可用算術(shù)平均溫差代替。此時(shí)（3）可見(jiàn)，當(dāng)已知換熱器面積F后，由實(shí)驗(yàn)中測(cè)出冷熱流體的流量和進(jìn)口、出口溫度，就可以算出換熱量及平均溫差，從而可以由式(1)獲得傳熱系數(shù)。此外，利用不同工下的多次測(cè)量所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，還可進(jìn)一步將冷熱流體側(cè)的換熱和從傳熱系數(shù)中分離出來(lái)。通過(guò)這一手段，就可在不測(cè)壁溫的情況下，對(duì)冷熱流體的換熱情況作較深入的認(rèn)識(shí)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備水-水套管換熱器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5-1所示。熱水由熱水槽1產(chǎn)生，由泵2抽出經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥3、流量計(jì)4、進(jìn)口溫度測(cè)點(diǎn)15進(jìn)入換熱器內(nèi)管5，與套管中的冷水進(jìn)行換熱后，經(jīng)出口測(cè)點(diǎn)16仍舊排回到熱水槽中。冷水由冷卻水池(或冷卻水塔、自來(lái)水管線)進(jìn)到冷水槽8，由泵9抽出，經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥19，流量計(jì)10、閥11、溫度測(cè)點(diǎn)17進(jìn)入套管換熱器的套管6，再經(jīng)溫度測(cè)點(diǎn)18、閥14排入冷卻池(或冷卻水塔、排水溝)。這時(shí)閥12、13是關(guān)閉的，冷水與熱水為順流換熱，若將閥門(mén)12、13打開(kāi)，而關(guān)閉閥門(mén)11和14，則構(gòu)成逆流工況。圖5-1套管換熱器實(shí)驗(yàn)裝置圖溫度由玻璃溫度計(jì)或熱電偶測(cè)量。使用玻璃溫度計(jì)時(shí)，應(yīng)按圖中所示方法安裝，使溫度計(jì)處于鉛垂位置，并且測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)水流方向。流量計(jì)可以用孔板流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)或渦輪流量計(jì)(配頻率計(jì)數(shù)儀)等。熱水槽的水溫采用手動(dòng)或可控硅自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置控制，使熱水溫度穩(wěn)定不變，這是是實(shí)驗(yàn)工況穩(wěn)定的關(guān)鍵。除傳熱測(cè)量外，換熱器實(shí)驗(yàn)還往往要同時(shí)進(jìn)行阻力測(cè)量。為此，可在熱水和冷卻水的進(jìn)出口之間分別裝兩套U形管水銀壓差計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將內(nèi)管抽出，進(jìn)行仔細(xì)擦洗去掉管內(nèi)外表面明顯的銹、水垢、油污等。檢驗(yàn)冷水系統(tǒng)各閥門(mén)是否嚴(yán)密，關(guān)閉時(shí)如仍有水漏過(guò)，將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可先進(jìn)行順流工況，再進(jìn)行逆流工況的實(shí)驗(yàn)，并需待系統(tǒng)各項(xiàng)溫度達(dá)到穩(wěn)定工況時(shí)，才能測(cè)取各項(xiàng)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)記錄。實(shí)驗(yàn)中。用改變熱水流量和熱水進(jìn)口溫度來(lái)變更實(shí)驗(yàn)工況，而冷水側(cè)流量可固定不變。下面著重說(shuō)明數(shù)據(jù)的整理方法。水的流速熱水流速(4)冷水流速(5)式中：除管徑外熱水參數(shù)均標(biāo)以角碼“1”，冷水參數(shù)均標(biāo)以角碼“2”；M為流量；為密度；為內(nèi)管內(nèi)徑；為內(nèi)管外徑；為外管的內(nèi)徑。2．傳熱量實(shí)驗(yàn)中，熱水在內(nèi)管流過(guò)。它釋放的熱量，即通過(guò)換熱面?zhèn)鬟f的熱量為(6)式中，為水的比熱容。為校驗(yàn)熱量的測(cè)量是否有重大差錯(cuò)，應(yīng)同時(shí)根據(jù)冷水進(jìn)出口溫差及流量，計(jì)算冷卻水的吸熱量。在保溫良好的情況下，與之差的絕對(duì)值不應(yīng)超過(guò)實(shí)驗(yàn)所允許的精度范圍。這種校驗(yàn)計(jì)算，應(yīng)在每一實(shí)驗(yàn)點(diǎn)測(cè)且之后進(jìn)行。3．由式(1)計(jì)算傳熱系數(shù)。此時(shí)，傳熱面積可采用管的內(nèi)外徑的平均值計(jì)算，即(7)式中，為內(nèi)管有效換熱面長(zhǎng)度。4．按順流及逆流，分別在以傳熱系數(shù)為縱坐標(biāo)、流速為橫坐標(biāo)的雙對(duì)敵圖上標(biāo)繪實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，并用適當(dāng)方法整理傳熱系數(shù)與流速的關(guān)系(速度采用變化側(cè)的流速，即熱水側(cè)流速)：(8)式中、為常數(shù)用同樣方法整理阻力降與流速的關(guān)系：(9)式中、為常數(shù)。5．由傳熱系數(shù)分離出冷水及熱水的換熱系數(shù)由于計(jì)算工作較繁，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，詳述如下。(1)導(dǎo)出計(jì)算式根據(jù)通常采用的管內(nèi)受迫紊流換熱準(zhǔn)則方程式的形式，現(xiàn)設(shè)定：內(nèi)管的準(zhǔn)則方程式為(10)式中，設(shè)系數(shù)為已知數(shù)。根據(jù)管內(nèi)流動(dòng)換熱，對(duì)于紊流取。套管的準(zhǔn)則方程式為(11)式中：為動(dòng)力粘度；有角碼“w”的量表示定性溫度取壁溫，其它量則用流體進(jìn)出口溫度的平均值作為定性溫度。將上兩式改寫(xiě)成(12)(13)式中；；——導(dǎo)熱系數(shù)，。及中包含的物性參數(shù)均由流體的平均溫度確定，故及的數(shù)值可直接由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)算出。由傳熱系數(shù)與各項(xiàng)熱阻的關(guān)系知：（14）式中——管壁導(dǎo)熱熱阻，;——管壁污垢熱阻，，根據(jù)水質(zhì)及管表面污垢情況決定，對(duì)一組實(shí)驗(yàn)可取為常數(shù)。如前所述，本實(shí)驗(yàn)中，采用了平均面積計(jì)算，故式14中沒(méi)有傳熱面積的折算項(xiàng)。以“i”角碼表示實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的序號(hào)，。式14可改寫(xiě)為(15)在已知的情況下，采用迭代計(jì)算，可由式15確定、及,進(jìn)而由式(12)(13)算出、，把換熱系數(shù)從傳熱系數(shù)中分離出來(lái)。迭代計(jì)算的要領(lǐng)是，先設(shè)定的試探值，據(jù)此求出壁溫和進(jìn)一步由回歸分析求得、、。再將得到的計(jì)算值作為第2次計(jì)算的試探值，重復(fù)計(jì)算，直到計(jì)算值與試探值之差在允許的誤差范圍內(nèi)，結(jié)束計(jì)算。一般迭代4、5次既能收斂。(2)計(jì)算步驟1、假定的試探值(或稱初始假定值)。2、確定壁溫和確定方法是解下列聯(lián)立方程式：(16)將式（15）代入式（5-16）即可以解出。由于計(jì)算式是非線性的，可采用牛頓迭代法計(jì)算。因熱水在內(nèi)管流過(guò)，故。則(17)3、求值由式12求出后，由式(14)從值可求出。再進(jìn)一步對(duì)式（13）兩邊取對(duì)數(shù)，得(18)令則式(18)可改寫(xiě)為由線性回歸解出上述直線式中的截距及斜率后，可得從而求得及值，并以此值進(jìn)行下一步計(jì)算。4、求將式(5-15)改寫(xiě)為(19)令則式(19)成為由線性回歸解出及，得