热传导实验(Heat Conduction Experiment)
熱傳導實驗（Heat Conduction Experiment）
目的：測定各種金屬之『熱傳導係數』，並探討物質具有不同大小之熱傳導係數要如何應用。實驗設備：自己填寫
實驗方式：分別以沿『軸向』及『徑向』之熱傳導試件進行實驗，以試件內之溫度達到穩定狀態時為準，來計算金屬之熱傳導係數。
操作步驟：
（1）將金屬試件（不鏽鋼或黃銅、
不鏽鋼或鋁）安裝到要進行實
驗的座位台上
（2）打開電源，選擇溫度顯示相近
的RTD測溫棒插入試件的測
溫孔，並確定測溫棒與測溫孔
緊密接觸
（3）選擇『軸向』或『徑向』之加
熱源，並調整熱率輸入視窗之
數值為20W
（4）每隔5分鐘讀取每支測溫棒
之溫度，每個試件至少記錄六次共30分鐘，歸納結果時要將各個測溫點的『溫度-時間圖』畫出，並以溫度達到穩定狀態時為準，來計算金屬之熱傳導係數。
（5）更換試件重複步驟（1）~（4）
實驗數據記錄：
試件名稱：軸向熱傳導
T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃）測溫點
時間
5（min）
10（min）
15（min）
20（min）
25（min）
30（min）
試件名稱：軸向熱傳導
T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃）測溫點
時間
5（min）
10（min）
15（min）
20（min）
25（min）
30（min）
試件名稱： 徑向熱傳導
測溫點 時間 T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃） 5（min ） 10（min ） 15（min ） 20（min ） 25（min ） 30（min ）
試件名稱： 徑向熱傳導
測溫點
時間 T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃） 5（min ） 10（min ） 15（min ） 20（min ） 25（min ） 30（min ）
實驗數據圖示：
（1） 用Excell 畫出各個測溫點的『溫度-時間』圖
（2） 依據（1）之圖，估計各個測溫點達到穩定狀態時的溫度，依此溫度，畫出各試件在各個
測溫點達到穩定狀態的『溫度-位置』圖（在『軸向』實驗中應有兩試件之線；在『徑向』實驗中也應有兩試件之線） 實驗數據計算：
（1） 依據穩定狀態的『溫度-位置』圖，將各點連成擬合直線（不是折線），依據此直線之斜
率（『軸向』為
X
T
ΔΔ）（『徑向』為)ln(i
o o i r r T T ?）來
計算『熱傳導係數K 』。 （2） 『軸向』公式為X
T
KA
Q ΔΔ=；Q ：輸入熱率（A ：試件截面積（m 2）；△T ：直線上兩點之溫度差（℃）；△X ：直線上兩點之位置差（m ） （3） 『徑向』公式為)ln(2i
o o
i r r T T KL
Q ?=π；L=試件厚度（m ），T i =靠近圓心處之溫度（℃），r i =靠近圓心處之半徑（m ），T o =靠外側處之溫度（℃），r o =靠外側處之半徑（m ） 結果與討論：
（1） 書本上不鏽鋼的『熱傳導係數K 』約為20W/m ℃；黃銅約為100W/m ℃；鋁約為200W/m
℃，為何實驗計算出的值比書本提供的值為大？
传热实验实验报告
传热实验实验报告 一、实验目的 1、研究传热试验设备上三种管的传热系数K。 2、研究设备的结构特点以及实验数据，定量描述保温管、裸管、汽水套管的传热特性。 3、研究流量改变对总传热系数的影响，并分析哪一侧流体流量是控制性热阻，如何强化传 热过程。 二、实验原理 根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得传热速率Q，以及各有关的温度，即可算出K，α 和λ。 （1）测定汽-水套管的传热系数K（W /(m2·℃)）： Q=KAΔt m 式中：A——传热面积，m2；Δt m——冷、热流体的平均温度，℃；Q——传热速率，W 。 Q =W汽r 式中：W汽——冷凝液流量，kg/s ；r——冷凝液汽化潜热，J / kg 。 （2）测定裸管的自然对流给热系数α（W /(m2·℃)）： Q=α A（t w - t f） 式中：t w，t f——壁温和空气温度，℃。 （3）测定保温材料的导热系数λ（W /(m·℃)）： Q=λA m（T w - t w）/ b 式中：Tw，tw ——保温层两侧的温度，℃；b——保温层的厚度，m；Am ——保温层内外壁的平均面积，m2。 三、实验装置与流程 （1）实验装置：该装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。这“三根管”与锅炉、汽包、高位槽、智能数字显示控制仪等组成整个测试系统。
本实验采用水蒸汽冷凝的方法，将水蒸气分别通过保温管、裸管和套管换热器中冷凝传热，通过测量蒸汽冷凝量、壁温、水温及空气的温度等参数，推算出保温管的导热系数、裸管和套管的对流传热系数。 （2）实验流程：锅炉内加热产生的水蒸气送入汽包，然后在三根并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液有计量管或量筒收集，以测冷凝液速率。三根紫铜管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管；还有一根为一套管式换热器，管外是来自高位槽的冷却水。可定性观察到三个设备冷凝速率的差异，并测定K、α 和λ。 （3）设备主要技术数据： 1）传热管参数： 各设备结构尺寸如下：(mm) 2）温度测定：空气、水温度及传热管壁温测量全部采用铜-康铜热电偶温度计测量，温度T （℃）由数字仪表显示。 3）冷凝液的计量采用试管与烧杯读数。
传热模拟实验
实验名称传热模拟实验班级化艺146 姓名楚莹鑫学号 1401010625 成绩指导老师王许云 一、实验目的 1.通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数αi 的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式 Nu=ARe m Pr0.4 中常数A、m 的值。 2.通过对管程内部插有螺旋线圈的空气--水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B、m 的值和强化比Nu/Nu0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、实验装置 1.实验设备流程示意图 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图 1-液位计； 2-储水罐； 3-排水阀； 4-蒸汽发生器； 5-强化套管蒸汽进口阀； 6-光滑套管蒸汽进口阀；7-光滑套管换热器；8-内插有螺旋线圈的强化套管换热器；9-光滑套管蒸汽出口； 10-强化套管蒸汽出口； 11-光滑套管空气进口阀； 12-强化套管空气进口阀；13-孔板流量计；14-空气旁路调节阀；15-旋涡气泵；16-蒸汽冷凝器 三、实验原理 1.普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 （1）对流传热系数 αi的测定 对流传热系数αi可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为αi <<αo ,所以传热管内的对流传热系数αi≈K，K（W/m2·℃）为热冷流体间的总传热系数，且K≈Q i/（ ?t m *s i）。 所以： αi≈Q i /（??t m *s i） 式中：α
αi 管内流体对流传热系数，W/(m2?℃)； Qi—管内传热速率，W； Si—管内换热面积，m2； ?t mi 管内平均温度差，℃。 平均温度差计算公式：??t mi =t w－t m 式中：t m 冷流体的入口、出口温度t w 壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw来表示，由于管外使用蒸汽，所以tw近似等于热流体的平均温度。 管内换热面积：S i =πd i L i 式中：di 内管管内径，m； Li 传热管测量段的实际长度，m。 由热量衡算式： Q i =W i c pi(t i2－t i1 ) 其中质量流量由下式求得： W i =V iρi /3600 式中：Vi 冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h； cpi 冷流体的定压比热，kJ / (kg·℃)； ρi 冷流体的密度，kg /m3。 cpi 和ρi 可根据定性温度 tm 查得，t m=(t i1+t i2)/2为冷流体进出口平均温度。ti1，ti2，tw， Vi 可采取一定的测量手段得到。 （2）对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为： Nu i= A Re i m Pr i n 物性数据λi、cpi、ρi、μi可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： Nu i= A Re i m Pr i0 .4 这样通过实验确定不同流量下的Rei与Nu i，然后用线性回归方法确定A和m的值。 2 强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定 强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用了多种强化方式，见表
传热实验实验报告
一、 实验名称： 传热实验 二、实验目的： 1.熟悉套管换热器的结构； 2.测定出K 、α，整理出e R N -u 的关系式，求出m A 、. 三、实验原理： 本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。 套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。 传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[2m k m W t A q K m ???= (1) 传热实验
图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○ 1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3/s] V h ——空气流量[m 3/h] ρ——空气密度[kg/m 3 ]，以下式计算： ]/)[273(4645.031 m kg t R p P a ++=ρ （3） Pa ——大气压[mmHg] Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃] Cp ——空气比热[K kg J ?/]，查表或用下式计算： ]/[04.01009K kg J t C m p ?+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃] ②传热平均面积A m ：
][2m L d A m m π= （5） 式中：d m =传热管平均直径[m] L —传热管有效长度[m ] ③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算： T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=?-=? 2 1 2 1ln t t t t t m ???-?= ? (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃] 2、传热膜系数（给热系数）及其关联式 空气在圆形直管内作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示： n r m e P AR Nu = （7） 式中：N u ——努塞尔特准数 R e ——雷诺准数 P r ——普兰特准数 A ——系数，经验值为0.023
热传导
《热传导》的教学设计 （教科版五年级下册热单元第六课《热是怎样传递的》） 教学背景分析： 学生对于热传递有很多实际的经验和认识，例如为什么用橡胶或者木质材料来制作金属炊具的把手，对于固体传热的方式——热传导也有很多初步的了解。由于热的传递过程不能直接通过眼睛进行观察，因此通过本课教学引导学生利用实验的方法感知热是由温度高的一端传递到温度较低的一端。 教学目标： 1、热一般情况下会从温度较高的一端（物体）传导到温度较低的一端（物体）；通过直接接触，将热从一个物体传递给另一个物体，或者从物体的一部分传递到另一部分的传热方法叫做热传导；热传导的方向是由热源点向周围各个方向的。 2、设计实验观察热传导的过程和方向；用文字或图示记录，交流观察到的关于热是怎样传导的现象。 3、保持积极的观察探究热传递的兴趣；体验通过积极思考和探究所获得的成功喜悦。通过动手实验，观察现象证明热传导的方向和过程。 教学重点： 通过设计实验认识热在固体中的传播方式—热传导。 教学难点： 独立设计实验并进行实验的能力。 教学准备： 小组：铁架台、铜棍、蜡环、蜡烛、火柴、废液缸、木块、湿布、实验记录单 三脚架、金属片、蜡片、蜡烛、火柴、废液、木块、湿布、实验记录单 教师：铁架台、十字夹、试管、金鱼、温度计、水、酒精灯、木块、火柴、废液缸、演示文稿 板书设计： 教学过程
附：实验记录单 “热传导”研究记录 第___组 研究的问题：热在_____中的传递 实验准备：蜡烛、火柴、木块、废液缸、湿布、_______、_______、_______ 实验方案（装置示意图）： 实验现象：
我们发现（热在传递时的过程和方向）：_____________________________________ 学习评价 1、交流各组实验记录单。实验后，在装置图上推测一下热的传递方向。 2、解释：炊具上面装把手的原因。 课后小结： 通过学生主动交流，认真观察，使学生逐步树立与人合作认真细致的科学态度，并初步学会把抽象的或者很难直接观察到的实验现象变得易于观察。通过本课教学，使学生逐步对热的传递及热现象产生兴趣。
传热实验报告
北京化工大学 化工原理实验报告 传热膜系数测定实验 院（部）：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化实0901 姓名：方胜凡 1 】 同组人员：刘东东、移永军、戴长庆 实验名称：传热膜系数测定实验
实验日期： 传热膜系数测定实验 一、摘要 本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu ，做出lg （Nu/）～lgRe 的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=中的A 和m 值。 关键词：对流传热 Nu Pr Re α A 二、实验目的 1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 、n 的方法； 3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。 … 三、实验原理 黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为： p n m Gr A Nu Pr Re ??= 对于强制湍流有： n m A Nu Pr Re = 用图解法对多变量方程进行关联，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可简化上式，即取n=（流体被加热）。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4 .0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即m Nu A Re Pr 4 .0= 其中 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re
北京化工大学传热实验报告
北京化工大学化工原理实验报告 实验名称：传热膜系数测定实验 班级：化实1001 学号：（小学号） 姓名： 同组人： 实验日期：2012.12.6
传热膜系数测定实验 一、摘要 本实验以套管换热器为研究对象，以冷空气及热蒸汽为介质，冷空气走黄 铜管内，即管程，热蒸汽走环隙，即壳程，研究热蒸汽与冷空气之间的传热过程。通过测得的一系列温度及孔板压降数值，分别求得正常条件和加入静态混合器后的强化条件下的对流传热膜系数α及Nu ，做出lg （Nu/Pr0.4）～lgRe 的图像，分析出传热膜系数准数关联式Nu=ARemPr0.4中的A 和m 值。 关键词：对流传热 Nu Pr Re α A 二、目的及任务 1、掌握传热膜系数α及传热系数K 的测定方法； 2、通过实验掌握确定传热膜系数准数关系式中的系数A 和指数m 、n 的方法； 3、通过实验提高对准数关系式的理解，并分析影响α的因素，了解工程上强化传热的措施。 三、基本原理 黄铜管内走冷空气，管外走100℃的热蒸汽，壁内侧热阻1/α远远大于壁阻、垢阻及外侧热阻，因此研究传热的关键问题是测算α，当流体无相变时对流传热准数关系式的一般形式为： p n m Gr A Nu Pr Re ??= 对于强制湍流有： n m A Nu Pr Re = 用图解法对多变量方程进行关联，要对不同变量Re 和Pr 分别回归。本实验可
简化上式，即取n=0.4（流体被加热）。在两边取对数，得到直线方程为 Re lg lg Pr lg 4 .0m A Nu += 在双对数坐标中作图，求出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点函数值代入方程中，则可得到系数A ，即m Nu A Re Pr 4 .0= 其中 λ αλ μ μ ρ d Nu Cp du = = = ,Pr ,Re 实验中改变空气的流量，以改变Re 值。根据定性温度计算对应的Pr 值。同时，由牛顿冷却定律，求出不同流速下的传热膜系数值，进而求得Nu 值。 牛顿冷却定律为 m t A Q ???=α 其中α——传热膜系数，W/(m2?℃)； Q ——传热量，W ； A ——总传热面积，m2； Δtm ——管壁温度与管内流体温度的对数平均温差，℃。 传热量可由下式求得 ()()3600/3600/1212t t C V t t C W Q p p -??=-?=ρ 其中W ——质量流量，kg/h ； Cp ——冷空气的比定压热容，J/（kg ?℃）； t 1,t 2——冷空气的进，出口温度，℃； ρ——定性温度下流体密度，kg/m3； Vs ——冷空气体积流量，m3/h 。 空气的体积流量由孔板流量计测得，其流量V 与孔板流量计压降Δp 的关系为 54.02.26p V ?= 式中，Δp ——孔板流量计压降，kPa ； V ——空气流量，m 3/h 。 四、装置和流程
《传热学》实验：平板导热系数测定实验
《传热学》实验一： 准稳态平板导热系数测定实验 一、 实验目的 1．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。 2．掌握使用热电偶测量温差的方法。 二、 实验原理 本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。 设平板厚度为δ2，初始温度为0t ，平板两面受恒定的热流密度c q 均匀加热（见图1）。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布()τ,x t 。 导热微分方程、初始条件和第二类边界条件如下： ()()22,,x x t a x t ??=??τττ ()00,t x t = (),0c t q x δτλ ?+=? ()0,0=??x t τ 方程的解为： ()()()()2212002132,1cos exp 6n c n n n n q x x t x t F ατδτδμμλδδμδ∞+=??-??-=-+--?? ????? ∑ (1) 式中： τ——时间； λ——平板的导热系数； α——平板的导温系数；123n n n μβδ==，，，， ； 02a F τδ =——傅里叶准则； 0t ——初始温度； c q ——沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。 随着时间τ的延长，0F 数变大，式（1）中级数和项愈小。当5.00>F 时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成： 图1
()20221,26c q x t x t δαττλδδ??-=+- ??? (2) 由此可见，当5.00>F 后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。这种状态称为准稳态。 在准稳态时，平板中心面0=x 处的温度为： ()0210,6c q t t δαττλδ??-=- ??? 平板加热面x δ=处为： ()?? ? ??+=-31,20δτλδτδa q t t c 此两面的温差为： ()()λ δττδc q t t t ?=-=?21,0, (3) 如已知c q 和δ，再测出t ?，就可以由式（3）求出导热系数： t q c ?=2δλ (4) 实际上，无限大平板是无法实现的，实验中是用有限尺寸的试件。一般可以认为，试件的横向尺寸是厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。试件两端面中心处的温度差就是无限大平板时两端面的温度差。 根据热平衡原理，在准稳态时，有下列关系： τ δρd dt F c F q c ????=? (5) 式中： F ——试件的横截面积； c ——试件的比热； ρ——其密度； τd dt ——准稳态时的温升速率。实验时，τ d dt 以试件中心处为准。 由式(5)可得比热： τ δρd dt q c c ??= 按定义，材料的导温系数可表示为 2()()2c c c t t c q t λδλδδδαρττ ===??? m 2/s 综上所述，应用恒热流准稳态平板法测试材料热物性时，在一个实验上可同时测出材料的三个重要热物性：导热系数、比热容和导温系数。 三、 实验装置 非（准）稳态法热物性测定仪内，实验本体由四块厚度均为δ、面积均为F 的被测试材重叠在一起组成。 在第一块与第二块试件之间夹着一个薄型的片状电加热器，在第三块和第四
热传导方程的求解
应用物理软件训练 前言 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其
他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。 本部分主要介绍如何根据所学热传导方程的理论知识进行MATLAB数值实现可视化。
题目：热传导方程的求解 目录 一、参数说明 (1) 二、基本原理 (1) 三、MATLAB程序流程图 (3) 四、源程序 (3) 五、程序调试情况 (6) 六、仿真中遇到的问题 (9) 七、结束语 (9) 八、参考文献 (10)
一、参数说明 U=zeros(21,101) 返回一个21*101的零矩阵 x=linspace(0,1,100);将变量设成列向量 meshz(u)绘制矩阵打的三维图 axis([0 21 0 1]);横坐标从0到21，纵坐标从0到1 eps是MATLAB默认的最小浮点数精度 [X,Y]=pol2cart(R,TH);效果和上一句相同 waterfall(RR,TT,wn)瀑布图 二、基本原理 1、一维热传导问题 （1）无限长细杆的热传导定解问题 利用傅里叶变换求得问题的解是： 取得初始温度分布如下 这是在区间0到1之间的高度为1的一个矩形脉冲，于是得 （2）有限长细杆的热传导定解问题
传热试验
课程名称：化工基础实验任课教师：万鑫 实验室名称：化工基础实验室房间号：理工2#117 实验时间：2013年5 月8 日
mi t ?—管内流体空气与管内壁面的平均温差，【℃】 平均温差由下式确定： ???? ??+-=?221i i W mi t t t t （2） 式中：1i t 2i t —冷流体空气的入口、出口温度，【℃】 W t —壁面平均温度，【℃】 管内换热面积 i i i L d S π= （3） 式中：i d —传热管内径，【m 】 i L —传热管测量段的实际长度，【m 】 由热量衡算式()12i i pi i i t t c W Q -= （4） 其中质量流量由下式求得： 3600 i i i V W ρ= （5） 式中：i V —冷流体在套管内的平均体积流量，【3m /h 】 pi c —冷流体的定压比热， 【kj /(kg ℃)】 i ρ—冷流体的密度，【kg/3m 】 pi c 和i ρ可根据定性温度m t 查的，2 2 1i i m t t t += 为冷流体进出口平均温度。
实验装置： 20 21 空气-水蒸气传热综合实验装置流程图 1—普通套管换热器；2—内插有螺旋线圈的强化套管换热器；3—蒸汽发生器；４—旋涡气泵； 5—旁路调节阀；6—孔板流量计；7、8、9—空气支路控制阀；10、11—蒸汽支路控制阀； 12、13—蒸汽放空口；14—传热系数分布实验套盒（本实验不使用）；15—紫铜管；16—加水口； 17—放水口；18—液位计；19—热点偶温度测量实验测试点接口；20—普通管测压口；21—强化管测压口 操作步骤： 1.实验前的准备，检查工作 （1）向电加热釜内加水，液位计到端线处以上为宜。 （2）检查空气流量旁路调节阀是否全开。 （3）检查水蒸汽管及空气支路各控制阀是否已打开，保证蒸汽和空气管线的畅通。 2.实验开始 打开加热开关（160v）→水蒸气10min后打开开风机→测四组，调流量8min后→计算机采集数据→关闭加热开关→实验结束（保留数据）→旁路阀调节最大→关闭开风机→开启另一支路→关闭当前支路→合并数据并打印两份→关闭加热开关→结束实验→支路阀开最大→无蒸汽后关闭开风机→关闭总电源 数据处理与分析 根据计算机显示的结果，以其中一组数据为例写出具体计算过程。
实验四传热实验
实验四 传热实验 一、实验目的 ⒈ 通过对空气—水蒸气简单套管换热器的实验研究，掌握对流传热系数i α的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。并应用线性回归分析方法，确定关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 ⒉ 通过对管程内部插有螺旋线圈的空气—水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其准数关联式Nu=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu/Nu 0，了解强化传热的基本理论和基本方式。 二、 实验内容与要求 三、实验原理 实验4-1 普通套管换热器传热系数及其准数关联式的测定 ⒈ 对流传热系数i α的测定 对流传热系数i α可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为i α< t w —壁面平均温度，℃； 因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用t w 来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。 管内换热面积： i i i L d S π= （4-3） 式中：d i —内管管内径，m ； L i —传热管测量段的实际长度，m 。 由热量衡算式： )(12i i pi i i t t c W Q -= （4-4） 其中质量流量由下式求得： 3600 i i i V W ρ= （4-5） 式中：V i —冷流体在套管内的平均体积流量，m 3 / h ； c pi —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； ρi —冷流体的密度，kg /m 3。 c pi 和ρi 可根据定性温度t m 查得，2 2 1i i m t t t +=为冷流体进出口平均温度。t i1，t i2， t w ， V i 可采取一定的测量手段得到。 ⒉ 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 n i m i i A Nu Pr Re =. （4-6） 其中： i i i i d Nu λα= ， i i i i i d u μρ=Re ， i i pi i c λμ=Pr 物性数据λi 、c pi 、ρi 、μi 可根据定性温度t m 查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pr i 变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： 4.0Pr Re i m i i A Nu = （4-7） 这样通过实验确定不同流量下的Re i 与i Nu ，然后用线性回归方法确定A 和m 的值。 实验4-2、强化套管换热器传热系数、准数关联式及强化比的测定 强化传热又被学术界称为第二代传热技术，它能减小初设计的传热面积，以减小换热器的体积和重量；提高现有换热器的换热能力；使换热器能在较低温差下工作；并且能够减少换热器的阻力以减少换热器的动力消耗，更有效地利用能源和资金。强化传热的方法有多种，本实验装置是采用在换热器内管插入螺旋线圈的方法来强化传热的。 第一节 热传导 一、傅立叶定律 如图4—1所示，热能总是朝温度低的方向传导，而导热速率dQ 则和温度梯度 n t ??以及垂直热流方向的截面dA 成正比： dQ=-dA n t ??λ (4—1) 式中负号表示dQ 与 n t ??的方向相反，比例系数λ称为导热系数。根据傅立 叶定律（4—1）可以导出各种情况下的热传导计算公式。 图4—1 温度梯度与 图4—2单层平壁的 热流方向的关系 稳定热传导 二、导热系数 导热系数的定义式为： n t dA dQ ??= λ （4—2） 导热系数在数值上等于单位导热面积、单位温度梯度下在单位时间内传导的热量，这也是导热系数的物理意义。导热系数是反映物质导热能力大小的参数，是物质的物理性质之一。 导热系数一般用实验方法进行测定。通常金属导热系数最大，非金属固体的导热系数较小，液体更小，而气体的导热系数最小。因而，工业上所用的保温材料，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数小，适用与保温隔热。 三、平壁的稳定热传导 （一） （一）单层平壁 如图4—2所示，平壁内的温度只沿垂直于壁面的x 方向变化，因此等温面都是垂直于x 轴的平面。根据傅立叶定律可由下式求算： 导热热阻导热推动力 =?=-= -= R t A b t t t t b A Q λλ2121)( (4—3) 利用上式可解决热传导量（或热损失）Q ；保温材料厚度b ； 外侧温度t 2；结合热量衡算式可进行材料导热系数λ的测定。 设壁厚x 处的温度为t ，则可得平壁内的温度分布关系式（4—4），表示平壁距离和等温面t 两者的关系为直线关系。 A Qx t t λ- =1 (4—4) (二) 多层平壁 在稳定导热情况下，通过各层平壁的热速率必定相等，即 Q 1= Q 2=Q Q n == 。则通过具有n 层的平壁，其热传导量的计算式为： R t A b t t Q i i n i n ∑?∑=-= ∑=+导热总热阻导热总推动力λ111 . . . 一、 实验名称： 传热实验 二、实验目的： 1.熟悉套管换热器的结构； 2.测定出K 、α，整理出e R N -u 的关系式，求出m A 、. 三、实验原理： 本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。 套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。 传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[2m k m W t A q K m ???= (1) 图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2 ] △t m —传热平均温差[K] ○ 1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 传热实验 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3 /s] V h ——空气流量[m 3 /h] ρ——空气密度[kg/m 3]，以下式计算： ]/)[273( 4645.031 m kg t R p P a ++=ρ （3） Pa ——大气压[mmHg] Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃] Cp ——空气比热[K kg J ?/]，查表或用下式计算： ]/[04.01009K kg J t C m p ?+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃] ②传热平均面积A m ： ][2 m L d A m m π= （5） 式中：d m =传热管平均直径[m] L —传热管有效长度[m ] ③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算： T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=?-=? 2 12 1ln t t t t t m ???-?= ? (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃] 2、传热膜系数（给热系数）及其关联式 空气在圆形直管作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示： n r m e P AR Nu = （7） 姓名 __________ 院___________ 专业________ 班 __________ 年__________ 月___________ 日实验内容传热实验____________________________ 指导教师—一、实验名称： 传热实验 二、实验目的： 1. 熟悉套管换热器的结构； 2. 测定出K > :，整理出N u - R e的关系式，求出A m. 三、实验原理： 本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。 套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图 225-1( 1)所示。 传热方式为：冷凝一传导一对流 1、传热系数可用下式计算： K q[W/ m2 k] A m — (1) 蒸汽 n 冷空艺—& 一>熱空气 姓名 图2-2-5-1 (1) 套管换热器示意图 广西大学实 验报告 姓名 院 专业 班 年 一月 日 实验内容 指导教师 式中：q ――传热速率[W] 2 A 传热面积[m ] △ t m —传热平均温差[K] ①传热速率q 用下式计算: q =V S 「C p (t 2 -t i )[W] (2) 3 式中：V S -V h /3600 ――空气流量[m/s] M ――空气流量[m 3/h] P ——空气密度[kg/m ]，以下式计算： 》-0.4645( P )[ kg / m ] (3) 273壮 Pa 大气压[mmHg] Rp ――空气流量计前表压 [mmHg] t 1――空气进换热器前的温度 [C ] Cp ――空气比热[J/kg K ]，查表或用下式计算： C p =1009 0.04t m [J / kg K] (4) t m =(t 1+t 2)/2――空气进出换热器温度的平均值(C) t 2――空气出口温度[C ] ②传热平均面积 A m ： 2 A m =如 m L [ m ] (5) 式中：d m =传热管平均直径[m] L —传热管有效长度[m ] ③传热平均温度差△ t m 用逆流对数平均温差计算： 熱傳導實驗（Heat Conduction Experiment） 目的：測定各種金屬之『熱傳導係數』，並探討物質具有不同大小之熱傳導係數要如何應用。實驗設備：自己填寫 實驗方式：分別以沿『軸向』及『徑向』之熱傳導試件進行實驗，以試件內之溫度達到穩定狀態時為準，來計算金屬之熱傳導係數。 操作步驟： （1）將金屬試件（不鏽鋼或黃銅、 不鏽鋼或鋁）安裝到要進行實 驗的座位台上 （2）打開電源，選擇溫度顯示相近 的RTD測溫棒插入試件的測 溫孔，並確定測溫棒與測溫孔 緊密接觸 （3）選擇『軸向』或『徑向』之加 熱源，並調整熱率輸入視窗之 數值為20W （4）每隔5分鐘讀取每支測溫棒 之溫度，每個試件至少記錄六次共30分鐘，歸納結果時要將各個測溫點的『溫度-時間圖』畫出，並以溫度達到穩定狀態時為準，來計算金屬之熱傳導係數。 （5）更換試件重複步驟（1）~（4） 實驗數據記錄： 試件名稱：軸向熱傳導 T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃）測溫點 時間 5（min） 10（min） 15（min） 20（min） 25（min） 30（min） 試件名稱：軸向熱傳導 T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃）測溫點 時間 5（min） 10（min） 15（min） 20（min） 25（min） 30（min） 試件名稱： 徑向熱傳導 測溫點 時間 T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃） 5（min ） 10（min ） 15（min ） 20（min ） 25（min ） 30（min ） 試件名稱： 徑向熱傳導 測溫點 時間 T1（℃） T2（℃） T3（℃） T4（℃） T5（℃） 5（min ） 10（min ） 15（min ） 20（min ） 25（min ） 30（min ） 實驗數據圖示： （1） 用Excell 畫出各個測溫點的『溫度-時間』圖 （2） 依據（1）之圖，估計各個測溫點達到穩定狀態時的溫度，依此溫度，畫出各試件在各個 測溫點達到穩定狀態的『溫度-位置』圖（在『軸向』實驗中應有兩試件之線；在『徑向』實驗中也應有兩試件之線） 實驗數據計算： （1） 依據穩定狀態的『溫度-位置』圖，將各點連成擬合直線（不是折線），依據此直線之斜 率（『軸向』為 X T ΔΔ）（『徑向』為)ln(i o o i r r T T ?）來 計算『熱傳導係數K 』。 （2） 『軸向』公式為X T KA Q ΔΔ=；Q ：輸入熱率（A ：試件截面積（m 2）；△T ：直線上兩點之溫度差（℃）；△X ：直線上兩點之位置差（m ） （3） 『徑向』公式為)ln(2i o o i r r T T KL Q ?=π；L=試件厚度（m ），T i =靠近圓心處之溫度（℃），r i =靠近圓心處之半徑（m ），T o =靠外側處之溫度（℃），r o =靠外側處之半徑（m ） 結果與討論： （1） 書本上不鏽鋼的『熱傳導係數K 』約為20W/m ℃；黃銅約為100W/m ℃；鋁約為200W/m ℃，為何實驗計算出的值比書本提供的值為大？ 一、 实验名称： 传热实验 二、实验目的： 1.熟悉套管换热器的结构； 2.测定出K 、α，整理出e R N -u 的关系式，求出m A 、. 三、实验原理： 本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。 套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。 传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/ [2m k m W t A q K m ???= (1) 图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○ 1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 传热实验 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3 /s] V h ——空气流量[m 3 /h] ρ——空气密度[kg/m 3]，以下式计算： ]/)[273( 4645.031 m kg t R p P a ++=ρ （3） Pa ——大气压[mmHg] Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃] Cp ——空气比热[K kg J ?/]，查表或用下式计算： ]/[04.01009K kg J t C m p ?+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃] ②传热平均面积A m ： ][2 m L d A m m π= （5） 式中：d m =传热管平均直径[m] L —传热管有效长度[m ] ③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算： T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=?-=? 2 1 2 1ln t t t t t m ???-?= ? (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃] 2、传热膜系数（给热系数）及其关联式 空气在圆形直管作强制湍流时的传热膜系数可用下面准数关联式表示： n r m e P AR Nu = （7） 式中：N u ——努塞尔特准数 铁丝传递热的实验 上坪寨小学张龙 一、实验地位和作用 小学科学是以实验为基础的学科，教学实践证明，实验设计的好坏直接关系到教学的成功与失败，好的实验设计思想有利于学生有效地掌握基础知识、基本方法，培养学生的技能，有利于教材内容的完成。教科版小学科学五年级下册《热》单元第6课《热是怎样传递的》有一个活动：热在金属条中的传递。通过实验让学生感知热是怎样传递的，明白热总是从较热的一端传向较冷的一端, 为以后教学活动的顺利开展做好知识的积累和铺垫。 二、实验原型及不足之处 课文中的实验要求在一段铁丝上每隔一定距离用蜡粘上一根火柴，将铁丝固定在铁架台上，火柴都向下悬挂，用酒精灯给铁丝的一端加热。观察哪端的火柴先掉下来。课文的要求是用蜡粘，课前我让学生进行尝试，学生花了不少的时间，可一上课学生向我抱怨的却很多都说粘不牢，成功的寥寥无几，上来展示时颤颤抖抖的又掉落了几根。那么简单的实验为什么会不成功呢？问题究竟出在什么地方？ 不足之处： 虽然日常生活中我们都知道蜡烛燃烧时流下的蜡会在桌上凝固。由于蜡先要熔化成液体，然后滴在铁丝上，再往上粘火柴。但蜡的凝固时间快(指冬天，夏天正好相反)，且熔化后粘性不大，所以很难粘上去，因此成功的不多。 三、实验创新与改进之处 在这个探究活动中，我对实验装置进行了大胆改进，用套蜡环的方法代替粘火柴棒，解决了实验原型中粘火柴棒很不方便，并且容易掉，影响实验效果的问题。 四、实验器材 铁架台、铁丝、火柴、酒精灯、蜡环（在圆柱形蜡烛中间钻一个小孔）等。 五、实验原理及装置说明 1、实验原理：热通过金属丝传递到套蜡环的地方，蜡环会融化，先后掉下来，就能看到金属丝上热的传递过程了。 2、实验装置与说明 姓名：吴森 实验日期2015年7月20日 班级：应化11301 序号20 周次11 星期三 指导老师吴老师 传热膜系数的测定 一、 实验目的及任务 1.通过实验掌握传热膜系数α的测定方法，并分析影响α的因素。 2.掌握确定传热膜系数特征数关联式中的A 和指数m 、n 的方法；用图解法和线性回归法对αi 的实验数据进行整理，求关联式Nu=ARe m Pr 0.4中常数A 、m 的值。 3.通过对管程内部插有螺旋形麻花铁的空气?水蒸气强化套管换热器的实验研究，测定其特征数关联式Nu’=BRe m 中常数B 、m 的值和强化比Nu’/Nu ，了解强化传热基本理论和基本方式。 4..测定5~6个不同流速下套管换热器的管内压降p Δ。并在同一坐标系下绘制普通管ΔP 1~Nu 与强化管ΔP 2~Nu 的关系曲线。比较实验结果。 5.学会测温热电偶的工作原理和使用方法。 二、 基本原理 1.套管式换热膜系数的测定 对流传热的核心问题是求传热膜系数α，当流体无相变化时对流传热特征数关联式一般形式为： Nu=ARe m Pr n Gr p ……① 对强制湍流，Gr 数可以忽略， Nu=ARe m Pr n 。 ……② 本实验中可以使用图解法和最小二乘法两种方法计算特征数关联式中的指数m 、n 和系数A 。 用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同的变量Re 和Pr 分别回归。为了便于掌握这类方程的关联方法，可以取n =0.4（本实验中流体被加热）。这样就简化成单变量方程。两边取对数，得到直线方程： Re m A Pr Nu lg lg 0.4lg +=……③ 在双对数坐标系中作图，找出直线斜率，即为方程的指数m 。在直线上任取一点的函数值代入方程 传热实验实验报告-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 1 一、 实验名称： 传热实验 二、实验目的： 1.熟悉套管换热器的结构； 2.测定出K 、α，整理出e R N -u 的关系式，求出m A 、. 三、实验原理： 本实验有套管换热器4套，列管式换热器4套，首先介绍套管换热器。 套管换热器管间进饱和蒸汽，冷凝放热以加热管内的空气，实验设备如图2-2-5-1（1）所示。 传热方式为：冷凝—传导—对流 1、传热系数可用下式计算： ]/[ 2m k m W t A q K m ???= (1) 图2-2-5-1（1） 套管换热器示意图 式中：q ——传热速率[W] A ——传热面积[m 2] △t m —传热平均温差[K] ○ 1传热速率q 用下式计算： ])[(12W t t C V q p S -=ρ （2） 传热实验 2 式中：3600/h S V V =——空气流量[m 3 /s] V h ——空气流量[m 3 /h] ρ——空气密度[kg/m 3]，以下式计算： ]/)[273( 4645.031 m kg t R p P a ++=ρ （3） Pa ——大气压[mmHg] Rp ——空气流量计前表压[mmHg] t 1——空气进换热器前的温度[℃] Cp ——空气比热[K kg J ?/]，查表或用下式计算： ]/[04.01009K kg J t C m p ?+= （4） t m =(t 1+t 2)/2——空气进出换热器温度的平均值（℃） t 2——空气出口温度[℃] ②传热平均面积A m ： ][2m L d A m m π= （5） 式中：d m =传热管平均直径[m] L —传热管有效长度[m ] ③传热平均温度差△t m 用逆流对数平均温差计算： T ←——T t 1——→t 2 )(),(2211t T t t T t -=?-=? 2 1 21ln t t t t t m ???-?=? (6) 式中：T ——蒸汽温度[℃]热传导原理
传热实验实验报告
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热传递实验改进与创新
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