导热系数的测量

【实验目的】

用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。

【实验仪器】

导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块

【实验原理】

根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1＞T2），若平面面积均为S，在时间内通过面积S的热量免租下述表达式：

 （3-26-1）

式中，为热流量；即为该物质的导热系数，在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是。

在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为

 (3-26-2)

式中，RB为样品的半径，hB为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，T1和T2的值不变，遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T2的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时T1和T2后，即可将B盘移去，而使A盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的T2值若干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却。观察其温度T随时间t变化情况，然后由此求出铜盘在T2的冷却速率,而,就是铜盘P在温度为T2时的散热速率。但要注意，这样求出的是铜盘P在完全表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为。然而，在观察测量样品的稳态传热时，P盘的上表面是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为：。考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态是铜盘散热速率的表达式应作如下修正：

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一、实验目的

1.   掌握空气在普通和强化传热管内的对流传热系数的测定方法，了解影响传热系数的因素和强化传热的途径。

2.          把测得的数据整理成Nu=BReⁿ形式的准数方程式，并与教材中相应公式进行比较。

3.          了解温度、加热功率、空气流量的自动控制原理和使用方法。

二、装置与流程

       本实验装置流程如图所示，实验装置由正气发生器、孔板流量变送器、变频器、套管换热器及温度传感器、智能显示仪表等构成。装置参数如表所示：

1—风机  2—蒸汽发生器 3—孔板流量计 4—压差传感器 5—普通套管换热器

6—强化套管换热器    t₁,t₂,t₂’,T₁,T,T’,T_w1,T_w2,T_w1’,T_w2’—温度传感器

F1，F2，F3，F4，F5，F6—阀门

空气—水蒸气换热流程：来自蒸汽发生器的水蒸气进入套管换热器，与被风机抽进的空气进行热交换，冷凝水经排出阀排入盛水装置。空气经孔板流量计进入套管换热器的内管（紫铜管），流量通过变频器调节电机转速达到自动控制，热交换后从风机出口排出。

注意：本实验中，普通和强化实验通过管路上的切换阀门进行切换。

三、基本原理

在工业生产过程中，大量情况下，采用间壁式换热方式进行换热。所谓间壁式换热，就是冷、热两种流体之间有一固体壁面，两流体分别在固体壁面的两侧流动，两流体不直接接触，通过固体壁面（传热元件）进行热量交换。

本装置主要研究汽—气综合换热，包括普通管和加强管。其中，水蒸汽和空气通过紫铜管间接换热，空气走紫铜管内，水蒸汽走紫铜管外，采用逆流换热。所谓加强管，是在紫铜管内加了弹簧，增大了绝对粗糙度，进而增大了空气流动的湍流程度，使换热效果更明显。

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院（部）：   化学工程学院

          专   业：   化学工程与工艺    

              班  级：    化工1005 

姓  名：  江海洋    2010011136 

同组人员：  王彬  刘玥波  方郡  

实验名称：  传热膜系数测定实验

实验日期：     2012.11.28   

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、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。

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太原师范学院

实  验  报  告

Experimentation Report of Taiyuan teachers College

 

系部：  化学系            年级：   大四             课程：化工实验 

姓名：                    学号：                   日期：2012/10/15

项目: 气体强制对流传热系数的测定

一、实验目的：

1.熟悉传热设备；

2.了解传热原理和强化传热途径，分析热交换过程的影响因素；

3.测定热流体空气与冷流体水在并流和逆流条件下的总传热系数K；

4.测定努赛尔数Nu和雷诺数Re之间的关系，确定他们的关联式。

二、实验原理：

传热过程按其方式可分为热导传热、对流传热和辐射传热三种。在工业生产上的传热过程中，按冷流体和热流体的接触方式可分为直接接触式、间壁式和蓄热式三种。本实验采用的单套管式换热器为间壁式传热，其热流体为热空气，冷流体为水，热空气与水在套管内进行传热，传热方程为：q=K*A*△t_m

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江    苏    大    学

实   验   报   告

完成报告所需时间________________      教师评定______________________

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                          实验   传热实验

一．实验目的

1、了解换热器的结结构及用途。

2、学习换热器的操作方法。

3、了解传热系数的测定方法。

4、测定所给换热器的传热系数K。

5、学习应用传热学的概念和原理去分析和强化传热过程，并实验之。

二．实验原理

根据传热方程Q=KA△tm，只要测得传热速率Q，冷热流体进出口温度和传热面积A，即可算出传热系数K。在该实验中，利用加热空气和自来水通过列管式换热器来测定K,只要测出空气的进出口温度、自来水进出口温度以及水和空气的流量即可。

在工作过程中，如不考虑热量损失，则加热空气释放出的热量Q1与自来水得到的热量Q2应相等，但实际上因热损失的存在，此两热量不等，实验中以Q2为准。

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实验内容：1、用游标卡尺测量A、B两板的直径、厚度（每个物理量测量3次）；

          2、正确组装仪器后，打开加热装置，将电压调至250V左右进行加热至一定温度；

          3、将电压调至125V左右，寻找稳定的温度（电压），使得板上下面的温度（电压）10分钟内不变化，记录稳定的两个电压值；

          4、直接加热A板，使得其温度相对于T₂上升10度左右；

          5、每隔30s记录一个温度（电压）值，取相对T₂最近的上下各6个数据正式记录下来；

          6、整理仪器；数据处理。

实验数据：

几何尺寸测量：

表一：A、B板的几何尺寸测量结果

A质量m=1136.6g,热容c=0.3709kJ/kgK。

稳定温度（电压值）：       T₁：2.93mV      T₂：2.29mV

降温过程数据见原始数据

A盘自由散热过程中：

表二：自由散热温度（最接近T₂的12个）

数据处理：

将导热系数的公式变形为

A盘直径的平均值

B盘直径的平均值

A盘厚度的平均值

B盘厚度的平均值

利用ORIGIN作图得到dV/dt：

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北 京 化 工 大 学

实   验   报   告

                                                                                          

传热膜系数测定实验

班级：化工1001班      姓名：李泽洲       学号：2010011015

同组人：杨政鸿、陈双全

一、摘要

选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立水蒸汽—空气传热系统，分别对普通管换热器和强化管换热器进行了对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。此实验方法可测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。本实验采用由风机、孔板流量计、蒸汽发生器等装置，空气走内管、蒸汽走环隙，用计算机在线采集与控制系统测量了孔板压降、进出口温度和两个壁温，计算传热膜系数α，并通过作图确定了传热膜系数准数关系式中的系数A和指数m（n取0.4），得到了半经验关联式。实验还通过在内管中加入混合器的办法强化了传热，并重新测定了α、A和m。

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