热工基础实验指导书汇总Word下载.docx

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四、数据记录和处理

1.记录与计算

实验序数

饱和压力[MPa]

饱和温度[℃]

误差

压力表

P’

大气

压力B

绝对压力

P=P’＋B

温度计

读值t’

标准值

t

△t=t-t’

[℃]

△t/t*100

[％]

1

2

3

4

5

6

2、绘制P——t关系曲线：

将实验结果点在坐标中，清除特殊偏离点，绘制曲线。

3、整理成经验公式

将实验点绘制在双对数坐标中，实验曲线将基本呈一直线，所以饱和水蒸汽压力和温度的关系可近似整理成下列经验公式：

t=100

五、思考题

1、本装置允许使用压力为多少？

2、实验在什么范围内取多少个压力值？

3、绘制P——t关系曲线时P表示什么压强？

实验二热管换热器性能实验

1．了解热管换热器实验台的工作原理；

2．熟悉热管换热器实验台的使用方法；

3．掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测试和计算方法

二、实验台的结构极其工作原理

热管换热器实验台的结构如下图所示。

1—翅片热管；

2—热段风道；

3—冷段风道；

4—风机；

5—电加热器（I—450W，II—1000W）；

6—工况选择开关（I和II）；

7—热电偶；

8—测温切换开关；

9—热球风速仪（独立仪表）；

10—冷端热电偶接线柱；

11—电位差计接线柱；

12—风速测孔；

13—支架

加热段中的电加热器使空气加热，热风经热段风道时，通过翅片热管进行换热和传递，从而使冷段风道的空气温度升高。

利用风道中的热电偶对冷、热段的进出口温度进行测量，并用热球风速仪对冷、热段的出口风速进行测量，从而可以计算出换热器的换热量Q和传热系数K。

三、实验台参数

冷段出口面积Fl=0.09²

∏/4=0.0064m²

热段出口面积Fr=0.16²

=0.0256m²

冷段传热表面积fl=0.536m²

热段传热表面积fr=0.496m²

四、实验步骤

1、联接电位差计和冷端热电偶。

（如无冰条件，可不接冷端热电偶，而将冷端热电偶的接线柱短路。

这样，测出的温度应加上室温）

2、接通电源，将工况开关按在“工况I”位置（450W），此时电加热器和风机开始工作。

3、用热球风速仪在冷、热段出口的测孔中测量风速。

（为使测量工作在风道温度不超过40的情况下进行，必须在开机后立即测量）。

风速仪使用方法，请参阅该仪器说明书。

4、待工况稳定后（约20分钟后），按下琴键开关，切换测温点，逐点测量冷,热段进出口温度tl1、tl2、Tr1、Tr2（参看实验台结构图）。

5、将“工况开关”按在“工况II”位置，重复上述步骤，测量工况II的冷热段进出口温度。

6、实验结束后，切断所有电源。

五、实验数据处理

1、数据记录

工况

序号

风速v

冷、热段进出口热电势mv

冷段

热段

tl1

tl2

tr1

tr2

I

平均

II

2、计算换热量、传热系数及热平衡误差；

工况I（450W）

冷段换热量Ql=0.24（3600Vl.Fl.pl）（tl2-tl1）[Kcal/h]

热段换热量Qr=0.24（3600Vr.Fr.pr）（tr1-tr2）[Kcal/h]

热平衡误差&

=（Qr-Ql）/Qr%

传热系数K=Ql/fl△t[Kcal/m²

.h.º

C]

式中vl,vr——冷、热段出口平均风速[m/s]

Fl,Fr——冷、热段出口段面积[m²

]

tl1,tr1,tl2,tr2——冷段、热段进出口风温（参见图示）

实验三套管换热器液-液换热实验

1、测定在套管换热器中进行的液液热交换的传热总系数，流体在圆管内作强制湍流时的传热系数。

2、对在强制对流下进行液液热交换过程，验证求算传热膜系数的关联式。

3、通过实验取得新物系的传热系数的数据及其计算式。

二、实验设备

本实验装置主要由套管热交换器（Ф12×

1.5mm的黄铜管为内管，Ф20×

2.0mm的有机玻璃管为套管所构成）、恒温循环水槽（控制恒温）、高位稳压水槽（保持水压恒定）以及一系列测量和控制仪表所组成，装置流程如图所示。

三、实验的方法与步骤

1、向恒温循环水槽灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。

2、开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充满水，并溢流管有水流出。

3、将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之浊状。

将热电偶冷接点插入冰水中，盖严盖子

4、循环水槽的温度自控装置的温度定为55℃。

启动恒温水槽的电热器。

等恒温水槽的水达到预定温度后即可开始实验。

5、开启冷水截止球阀，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。

6、启动循环水泵，开启并调节热水调节阀。

热水流量在60～250L/h范围内选取若干流量值（一般要求不少于4～5组测试数据），进行实验测定。

7、每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定后，再通过琴键开关，依次测定个点温度。

四、实验结果整理

1、实验设备基本参数。

测试段长度：

L=mm

流体流通的横截面积：

内管横截面积：

S=mm2

环隙横截面积：

S`=mm2

热交换面积：

内管内壁表面积：

Aw=mm2

内管外壁表面积：

Aw`=mm2

平均热交换面积；

A=mm2

2．实验数据记录：

实验序号

冷水流量

热水流量

温度

测试截面I

测试截面Ⅱ

V,

V

T1

TW1

T`1

T2

TW2

T`2

Kg/s

0C

3.实验数据整理：

（1）求取总传热系数；

管内流速

流体间温度差

传热速率

总传热系数

u

△T1

△T2

△Tm

Q

K

m.s-1

W

W.m-2K-1

（2）由实验数据求取流体在圆形内做强制湍流时的对流换热系数h。

实验数据可参考下表整理

流体与壁面温差

管内传热膜系数

U

T1-T2

T2-TW2

△T'

m

а

M·

S-1

W·

m-2k-1

实验四球体法粒状材料的导热系数的测定

1.巩固稳定导热的基本理论，学习球体法测定物质的导热系数的实验方法；

2.实验测定被测材料的导热系数λ；

3.绘制出材料导热系数λ与温度t的关系曲线。

二、实验原理

加热圆球（见图1）由两个壁厚1.2毫米的大小同心圆球

（1）组成。

小球内装有电加热器

（2）用来产生热量。

大球内壁与小球外壁各设有三对铜-康铜热电偶（4）。

当温度达到稳定状态后，电加热器产生的热量全部通过中间的测试材料（3）传到外球，再由外球传给空气。

1.大小同心球；

2.电加热器；

3.颗粒状试材；

4.铜康铜热电偶；

5.专用稳压电源；

6.专用测试仪；

7.底盘；

8.UJ36a电位差计

测取小球的温度t1，t2，t3,取其平均温度：

T1=（t1+t2+t3）/3；

测取大球的温度t4，t5,t6，取其平均温度：

T2=（t4+t5+t6）/3；

根据圆球导热公式：

λ=[UI（1/D1-1/D2）]/[2π（T1+T2）]-----------

（1）;

式中：

U——加热电压；

I——加热电流；

D1——小球直径；

D2——大球直径；

三、实验装置及主要技术指标

实验装置YQF-1型导热系数测定仪的面板图见图二：

1-电源开关；

2-电源指示灯；

3-3.5位数显毫伏表；

4-毫伏表调零电位器；

5-补偿电压调节电位器；

6-补偿按键；

7-热电偶测量电压输出端；

8-热电偶输入选择开关。

专用电源的面板图见图三：

2-电源指示灯；

3-电压表；

4-电流表；

5-过载指示灯；

6-电源输出端；

7-电源输出粗调；

8-电源输出细调。

1．加热圆球

1.1测量温度范围：

50℃～200℃

1.2加热电压：

0～60V加热电流：

0～1A（因不同的材料而不同）

1.3圆球尺寸：

小球直径D1=80mm大球直径D2=160mm

1.4稳定时间：

约4～5小时

2.导热系数测定仪

2.1数显毫伏表：

3.5位显示，量程0～20mV，测量精度：

0.1%±

2个字

2.2温度补偿范围：

-10℃～40℃，补偿精度±

0.5℃

3.专用电源：

输出电压0～80V；

输出电流0～1A

四、实验方法和步骤

使用前，先在加热圆球的顶部用漏斗装入测试材料，如果已加好试材，则可进行实验。

1.按图3所示进行仪器的连接。

稳压电源的输出通过电流表专用插头接到加热圆球底盘上的插座。

电源输出“+”端串接电流表。

电流表“-”与电源输出“-”端并接电压表。

2.将15芯信号线的一端插入加热圆球底座（7）专用插座，另一端插到导热系数测定仪后面板上的15芯插座上。

3.将稳压电源的输出调到最小位置，即粗调和细调均逆时针打到底。

开启电源开关，指示灯亮。

调节粗调和细调开关，改变输出电压，根据电压表和电流表的指示，调节加热功率至所需的电流和电压值。

4.打开导热系数测定仪的电源开关。

先进行数显毫伏表的调零。

将面板右下方的输出端短接，用小一字螺丝刀调节右上角的调零电位器，使毫伏表显示为零。

若已为零则无须调节。

去掉短接线就可进行测量。

5.若想检测仪器内部的温度补偿是否正常，只须按下“补偿”键，则数显毫负表显示的值即位补偿电压。

对照环境温度，通过查看附录1即可知道补偿电压是否准确。

若不准确，可用小一字螺丝刀微调“补偿”按键上方的补偿电位器至准确的补偿值即可。

再按“补偿”按键使它弹起即回到测量状态。

6.观察加热圆球的温度变化情况。

当数显毫伏表或电位差计（UJ36a型）的读数不再变化，则表示温度已达到稳定。

这时用精密电压表和电流表测得U和I的值，即可计算得到加热功率。

转动导热系数测定仪上的输入选择旋钮（8）。

这样就能选择6个热电偶进行分别测量。

7．输入选择旋钮测得的mA值加上补偿mA值即为热电偶测量值，对照附录1“铜——康铜热电偶分度表”即可查得对应的测量温度。

五、实验数据记录和处理

1、实验完后记录实验数据记录，并整理填写下表：

加热电流A

加热电压V

小球温度

大球温度

导热系数W/m℃

t1

mV

℃

t2

t3

t4

t5

t6

导热系数λ根据式

（1）计算

2、绘制材料导热系数λ与温度t的关系曲线

六、思考题

1、为什么大球内壁与小球外壁要设三对热电偶？

2、实验室内的空气流通对实验有何影响？

实验五平板法导热系数的测定

1、利用物体的散热速率求导热速率

2、测量物体在室温～100℃多点的导热系数，绘制λ——t曲线。

导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传递热量的过程。

当温度的变化只是沿着一个方向（设Z方向）进行的时候,热传导的基本公式可写为dQ=-λ·

（dT/dz）·

ds·

dt（2-9-1）

它表示在dt时间内通过ds面的热量为dQ，dT/dz为温度梯度，λ为导热系数。

如图，待测物B的上下表面分和上下铜盘接触，热量由高温铜盘A通过待测物B向低温铜盘传递，若B很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量沿着垂直B的方向传递。

那么，稳态导热的情况下，在△t时间内，通过面积为S、厚度h的匀质板的热量为

ΔQ=-λ（ΔT/h）·

S·

Δt（2-9-2）

ΔQ/Δt=-λ（ΔT/h）·

S（2-9-3）

△T表示匀质圆板两板面的恒定温差，ΔQ/Δt便为待测物的导热速率。

只要知道了导热速率，由（2-9-3）式即可求出λ。

实验中，使上铜盘A和下铜盘P分别达到恒定温度T1、T2，并设T1＞T2。

即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热。

因为T1和T2不变，所以，通过B的热量就等于P向周围散发的热量，即B的导热速率等于P的散热速率。

因此，只要求出了P在温度T2时的散热速率，就求出了B的导热速率△Q/△t。

因为P的上表面和B的下表面接触，所以P的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为Sb。

而实验中冷却曲线P是全部裸露于空气中测出来的，即在P的上下表面和侧面都散热的情况下记录出来的。

设其全部表面积为Sc，根据散热速率与散热面积成正比的关系得

（ΔQ/Δt）b/（ΔQ/Δt）c=Sb/Sc（2-9-4）

（ΔQ/Δt）b为Sb面积的散热速率；

（ΔQ/Δt）c为Sc面积的散热速率。

而散热速率（ΔQ/Δt）b就等于（2-9-3）式中的导热速率ΔQ/Δt，

则（2-9-3）式便可写作：

（ΔQ/Δt）b=-λ·

（ΔT/h）·

S（2-9-5）

设下铜盘直径为D，厚度为δ，质量为m，比热容为C

那么有Sb=π（D/2）2+πDδ；

Sc=2π（D/2）2+πDδ（2-9-6）

由比热容C=ΔQ/m•ΔT得ΔQ=c·

m·

ΔT′

故（ΔQ/Δt）c=c·

ΔT′/Δt（2-9-7）

将（2-9-6）、（2-9-7）代入（2-9-4）式，

得（ΔQ/Δt）b=[（D+4δ）/（2D+4δ）].c.m.K式中：

K=ΔT′/Δt|T=T2（2-9-8）

得λ=－[c·

K·

h·

（D+4δ）]/[лD2（T1-T2）（2D+4δ）]（2-9-9）

三、实验装置

1、用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取平均值。

下铜盘的质量m由天平称出，其比热容C=3.805×

10²

J/kg·

℃。

2、安置圆筒、圆盘时，须使放置热电偶的洞孔与杜瓦瓶同一侧。

热电偶插入铜盘上的小孔时，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好，热电偶冷端插在冰水混合物中使温度控制在0℃。

3、据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高效率，可先将电源电压打到高档，加热约20分钟后再打至低档。

然后，每隔5分钟读一下温度示值，如在一段时间内（如10分钟）样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。

记录稳态时T1、T2值后，移去样品，再加热，当下铜盘温度比T2高出10º

C左右时，移去圆筒，让下铜盘自然冷却。

每隔30秒读一次下铜盘的温度示值，最后选取邻近的T2测量数据来求出散热速率。

在采用PID自动控温时，可连续在50º

C、60º

C、70º

C、80º

C、90º

C、100℃时并使得在各点T1、T2值稳定不变（准稳定状态）。

记录稳态时各温点T1、T2值后。

照上述方法移去圆筒,让下铜盘自然冷却。

每隔10～20秒读一次下铜盘散热速率，代入公式进而测得样品在以上不同温度下的导热系数。

4、本实验选用铜-康铜热电偶测温度，温差100℃时，其温差电动势约4.0mV，故应配用量程0～10mV，并能读到0.01mV的数字电压表（数字电压表前端采用自稳零放大器，故无须调零）。

由于热电偶冷端温度为0℃，对一定材料的热电偶而言，当温度变化范围不大时，其温差电动势（mV）与待测温度（℃）的比值是一个常数。

由此，在用式2-9-9计算时，直接以电动势值代表温度值。

5、使用前将加热盘与散热盘面擦干净。

样品两端擦净，可涂上少量硅油，以保证接触良好。

注意，样品不能连续做试验，特别是橡皮、牛筋必须降至室温半小时以上才能进行下一次实验。

6、在实验过程中，若移开电热板，就先关闭电源。

移开热圆筒时，手应拿住固定轴转动，以免烫伤手。

五、实验数据记录与处理

1、列表记录下铜盘自然冷却的温度变化

序号

时间间隔

温度（℃）

2、计算冷却速率和导热系数,列表如下

铜盘温度℃

时间s

温差℃

冷却速率

w/㎡

导热系数

w/m·

Δt

3、绘制λ——t曲线。

1、下铜盘散热速率等于待测物B导热速率的条件是什么？

2、热电偶插入铜盘上的小孔时为什么要抹上些硅脂？

3、怎样判断导热进入准稳定状态？

4、用式2-9-9计算时，可否直接以电动势值代表温度值？

为什么？

实验六中温辐射黑度的测定

1、巩固黑度的概念和辐射理论知识

2、用比较法定量地测定中温辐射时的黑度ε

由n个物体组成的辐射换热系统中,利用净辐射法,可以求物体的净换热量。

根据本实验的设备情况,可以认为:

热源1、黑体腔体2为黑体；

热源1、黑体腔体2、待测物体（受体）3的表面上的温度均匀

热源1

黑体腔体2

待测物体（受体）3

受体3的净换热量:

因为:

;

.又根据互换性

则:

（2）

由于受体3与环境主要以自然对流方式换热,因此:

（3）

：

待测物体（受体）温度

环境温度

由

（2）,（3）式可得:

（4）

当热源1和黑体腔体2的表面温度一致时,Eb1-Eb2并考虑到,体系1、2、3为封闭系统,则:

由此,（4）式可写成:

（5）

对不同待测（受体）a、b的黑度ε为:

；

设

则

（6）

当为黑体时,

（6）式可写成

热源腔体具有一个测温热电偶,传导腔体有二个热电偶,受体有一个热电偶,它们都可以通过琴键转换开关来切换.

本仪器用比较法定量地测定物体的黑度,具体方法是通过三组加热器电压的调整（热源一组,黑体腔体二组）,使热源和黑体腔体的测温点稳定在同一温度上,然后分别将“待测”（受体为待测物体,具有原来的表面状态）和“黑体”（受体仍为待测物体,但表面薰黑）两种状态的受体在相同的表面温度条件下，分别测出受到辐射后的受体温度，就可按公式计算出待测物体的黑度.

1、将热源腔体和受体（使用具有原来表面状态的物体作为受体）靠紧黑体腔体

2、接通电源、调整热源、黑体腔体左和右的调温旋钮，加热约４０分钟左右，使其三点温度尽量一致．

3、系统进入恒温后（各测温点基本接近，且在五分钟内各点温度波动小于３℃），开始测试受体温度，当受体温度变化小于３℃/分钟，记下第一组数据。

4、取下受体，将受体冷却后，用松脂（带有松脂的松木）或蜡烛将受体薰黑，然后重复以上实验，测得第二组数据。

5、注意事项

１）热源及腔体的温度不宜超过200℃

２）每次做原始状态实验时,用汽油或酒精将待测物体表面擦净,否则,实验结果将有较大出入.

1、实验数据记录，填写下表：

热源

腔体1