传热学实验

一、 实验目的

（1） 理解一维稳态导热概念

（2） 用平板法测定保温材料的导热系数 （3） 确定导热系数随温度变化的关系 二、 实验原理

对于一维稳态导热傅立叶定律的数学表达式为

ATkTc

：导热系数； A：平板垂直于导热方向的导热面积

：平板厚度； Tk、Tc：平板两侧的温度

基于上述原理，该实验测定保温材料的导热系数。

即

ATkTc

在实验中需要测得：试验材料的厚度，试验材料的面积A， 通 过该面积的热流量，试验材料的两侧表面的温度Tk、Tc。 三、 实验装置及测量仪表

实验本体如下图所示：被试验材料做成两块方形薄壁平板试件1，面积为270mmX270mm， 厚度为20mm。其中板中心部位面积为200mmX200mm的地方为有效测试面积，由主加热器2加热、四周剩下的面积由辅助加热器3加热。辅助加热器在自动控制器件的作用下，将四周面积的温度调到与有效试验面积[200mmX200mm]的温度保持一致。

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电加热器2、3产生的热量通过试材1，被冷却水4带走。上下两块试材的材质、尺寸大小相同。在设备外围设有保温性能较好的材料5，以确保热量只朝上下两方向传递。

电加热器的功率P可由仪表读出，试件两侧面的温度T、T、T、

123T4（如图

a所示）由测温元件测出。温度测点T、T布置在试件的内

561侧表面，起到监控辅助加热器的作用。即它们的值应该与T、T保持

2一致。

当试件上下的传热条件基本一致时，通过每块试材试验区的热流量将是电功率的一半，即

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4 1-试材；2、3-电加热器； 4-冷却水套；5-保温层

T5 T1 T2 T3 T4 T6 5 3 2 =P=UI/2。 1 3 4 四、 实验步骤 1、将试材烘干。

2、记录试材的厚度，两块试材的平均厚度之差应小于1mm，并仔细的将试材装入实验装置内，将热电偶点紧贴在试材的两表面上。 3、按图接线，开启水泵，接通冷却水，合上电源加热，经一段

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时间后测量温度值，以后每隔十分钟测量数据一次，和前面的数据进行比较，直到观察到系统达到热稳定状态为止。

４、改变电加热器的电流、电压，待系统达到热稳定后再次记录所需要的数据。

５、实验数据经老师审阅之后，整理现场方可离开。

五、 实验结果整理

对于大多数保温材料其导热系数k随温度变化有以下线性关系：

01bt

式中：b - 比例常数；

0- 温度为零时材料的导热系数。

实验时改变温度，材料的导热系数随温度变化，实验测得的导热系数

实际上是材料平均温度tm时的导热系数。记录不同平均温度下的导

热系数值以后，以为纵坐标，以tm为 横坐标，描出ftm曲线。当tm0时纵坐标的横距为0， 比例常数b为：

bm0/20tg0

tg为直线的斜率。也可以用曲线拟合的办法求出关系式。

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水平管外空气自然对流换热系数的测定 （二）

一、实验目的和要求：

1. 测定单管的自然对流换热系数h； 2. 掌握大空间自然对流换热用到的准则数；

2. 比较测量的值和用Churchill-Chu准则关联式计算的值 二、实验原理：

对钢管进行电加热，热量应是对流和辐射两种方式来散发的，所以对流换热量为总热量与辐射换热量之差，即：

cr

chA(twtf) ，

44TTfwrCoA 100100hAtwtftCowtf44TTfw （1） 100100

r——辐射换热量； c——对流换热量； h——自然对流换热系数；

A——换热面积（这里即管外壁面积）

——试管表面黑度；

2C05.67WmK4——黑体的辐射系数；

]；

tw——管壁平均温度[Ct

f——室内空气温度[C]；

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根据相似理论，努谢尔特数Nu是葛拉晓夫数Gr、普朗特数Pr的函数。Churchill和Chu推荐如下关联式：

1/60.387GrPrdNud0.68/279/1610.559/Prtmtwtf2

 （2） 2定性温度定型尺寸用管外经，d

Gr-6

P>10。

适用范围

三、实验装置及测量仪表：

实验装置有试验管（四种类型），测量仪表有电位差计、TDGC型接触式调压器、稳压器、功率表。

试验管上有几个热电偶测点，测点嵌入管壁，其产生的热电势由电位差计测量。 根据热电势值可以查出一个温度差，即热电偶测点与空气温度的差。 稳压器可稳定输入电压，使管的加热量保持稳定；电压、电流表测定电加热器的功率。 四、实验步骤：

1. 按电路图接好线路，经指导老师检查后接通电源； 2. 调整调压器，对试验管加热；

3. 稳定六小时后开始测管壁温度，记下数据； 4. 间隔半小时再记一次，直到两组数据接近为止； 5. 取两组接近的数据平均值，作为计算数据； 6. 记下半导体温度计或用玻璃温度计指示的空气温度；

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7. 经指导教师同意，将调压器调整回零位，切断电源。 五、实验数据的整理：

1. 已知数据：

管径 d管长 L黑度 180mmd260mmd340mmd420mm

1L2L3L41000mm

10.11 ===0.15

2342. 测量数据：

管壁面温度、室内空气温度t、功率P

f3. 整理数据：

a 根据式（1）计算对流换热系数 b. 查出物性参数

定性温度取空气边界层平均温度tm(tft)/2在书的

附录中查得空气导热系数、热膨胀系数、运动粘度、导温系数a和普朗特数Pr。

c. 用Churchill-Zhu的实验关联式（2）计算对流换热系数h

求相对差值

h-hh

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