用稳态法测定不良导热体橡胶的热导率,并与公认值进行比较;初步学习用热电偶进行温度测量。【实验原理】测量热导率的方法比较多,可以归并为两类基本方法:一类是稳态法;另一类为动态法。
因此,为了测定给定固体的导热系数,需要先测定出该物质的热导率、密度和比热容等参数。实验器材 热导仪 石墨坩埚 测温计 计时器 实验步骤 在实验器材的帮助下将待测物质(如铝、铜、钢等)装入石墨坩埚中。将石墨坩埚放置在热导仪的测量盘中,并使用夹具夹紧,使其与热导仪的加热、测温电极紧密接触。
测量固体的导热系数有两种方法:稳态法和非稳态法(即瞬态法)。稳态法就是当待测试样上温度分布达到稳定后,通过测量试样内的温度分布和穿过试样的热流来测出导热系数。最简单的就是将固体试样制成一块厚度均匀的平板,放在一个绝热的装置里,从试样一侧加热,在另一侧散热,试样四周严格绝热保温。
将两种材料切成相同大小(10 cm x 10 cm x 1 cm)的正方形板块,并打磨表面以消除表面不平整的影响。在靠近材料一侧的中央处用冷却液冻结,以形成一个温度恒定的热源。在靠近另一侧的中央处用热电偶测量样品的温度,并用温度计在另一侧的表面测量温度。根据测量数据计算样品中的传热系数。
从传热机理上分,包括稳态法和非稳态法;稳态法包括平板法、护板法、热流计法等;非稳态法又称为瞬态法,包括热线法、热盘法、激光法等。根据试样的形状又可以分为平板法、圆柱体法、圆球法、热线法等。
测量导热系数的方法都是建立在傅立叶导热定律的基础上的,分为稳态法和动态法。用稳态法时,先用热源对测试样品进行加热,并在样品内部形成稳定的温度分布,然后进行测量。而在动态法中,待测样品中的温度分布是随时间变化的,例如按周期性变化等。
1、因此传热系数h与其影响因素之间的关系可以表示成Nu与其他无量纲数之间的关系:对于受迫对流换热Nu=f(Re,Pr);对于自然对流换热Nu=f(Gr,Pr)。在这种关系式中,作为独立变量的数目大大减少,有利于实验数据的综合整理。在实验求解时,可以根据相似规律或改变模型尺寸,或更换流体种类进行研究。
2、利用数学分析的方法直接求解微分方程组。由于方程组很复杂,这种方法只能求解极个别非常简单的对流换热问题(如光滑圆管内层流流动时的对流换热),尚难用于求解复杂的实际问题。20世纪初,德国物理学家L.普朗特提出边界层理论。
3、对流换热公式为q=Tw-Tf。计算公式中q为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量,称作热流密度;Tw、Tf分别为固体表面和流体的温度;h称为,它表示在单位面积的固体表面上,当流体与固体表面之间的温度差为1K时,每单位时间内所传递的热量。
4、A为壁面面积,单位m^2;Q为面积A上的传热热量,单位W;h称为表面对流传热系数,单位W/(m^K)。
5、要求解表面对流换热系数h,需要知道热流量Q。热流量Q可以通过实验或者计算得到。根据实验或计算结果,得到热流量Q后,就可以求解表面对流换热系数h。需要注意的是,表面对流换热系数h是一个与具体问题相关的参数,不同的问题可能有不同的表面对流换热系数。
通过调节空气流量,可以控制和优化实验过程中的传热效果。对实验设备的影响:空气流量调节还可能影响实验设备的性能和稳定性。在某些实验中,空气流速的变化可能会影响设备的运行和测量精度。
为了增强传热效果,最好让两侧的流体均呈现湍流流动,这将有助于降低传热阻力,提高传热效率。在实验设计中,需要考虑流体流向、流速、温度和湍流程度等因素,以确定最佳的实验参数,从而获得最佳的传热效果。
在实验中,通常会设计一个热源和一个试样,通过测量试样不同位置的温度来确定导热系数。具体操作中,首先将热源与试样接触,并控制热源的温度。然后,在试样的不同位置设置温度传感器,记录下各个位置的温度值。根据温度差和热流量之间的关系,可以计算出导热系数。
固体材料保温管,由于采用特殊材料使得管内对流速度大大下降,加上本身传热性能不高,使导热散失大大降低,有很好的保温效果。空气夹层保温管,由于空气的导热能力比较差,而且处于自然对流下,其热阻因空气夹层的存在相对于裸管较大,具有一定的保温作用。用管外冷凝水法测定更精确。
传热实验过程中,空气进入主管道流量应该通过变频风机、旁路调节阀、阀门远程PLC连锁流量计等控制装置进行控制,并检查空气流量旁路调节阀是否全开。传热实验装置的主体是两根平行的换热套管,空气由漩涡气泵吹出,由旁路调节阀调节,经孔板流量计,由支路控制阀选择不同的支路进入不同的换热管的内管。
换热器传热系数(K)值也就越低;换热器传热系数(K)值越低,换热器传热效果也就越差。换热器在使用过程中,其总热阻是各项分热阻的叠加,所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项分热阻。如何控制换热器传热过程的每一项分热阻是决定换热器传热系数的关键。