[附]实验台主要参数小 ⒈实验材料： ⒉试件外型尺寸：300×300mm2 ⒊导热计算面积 F：200×200mm2（即主加热器的面积） ⒋试件厚度δ ：（实测） ⒌主加热器电阻值： Ω ⒍辅加热器（每个）电阻值： Ω ⒎热电偶材料：镍铬－镍硅 ⒏试件最高加热温度：≤80℃
四、实验方法和步骤 ⒈将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，
−
t
=
tR
+ tL
2
[℃]
[℃]
−
平均温度为 t 时的导热系数：
λ = W ⋅δ (或 I ⋅V ⋅δ ) 2(tR − tL )F 2(tR − tL )F
[W/m•℃]
−
−
将不同平均温度下测定的材料导热系数在 λ − t 坐标中得出 λ − t 的关系曲线,并
−
求出 λ = f (t) 的关系式。
λ = Q⋅δ ∆t ⋅ F
W/(m•℃)
需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，
此平均温度为：
−
t
=
1 2
(t R
+
tL )
[℃]
−
在不同的温度和温差条件下测出相应的λ 值。然后将 λ 值标在 λ − t 坐标图
−
内，就可以得出 λ = f (t) 的关系曲线。
三、实验装置及测量仪表 稳态平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图 1 和图 2 所示。 被实验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为 300×300[mm2]，实际导热
不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物， 以使它们都能紧密接触。
⒉联结和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器 电源；而四个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路（实验台上已联接好），并 按图 2 所示联接到辅加热器电源上和跟踪控制器上。电压表和电流表（或电功率表） 应按要求接入电路。
的中心温度 t1 （或 t2 ）和水套冷面的中心温度 t3 （或 t4 ）用 4 个热电偶 ( 埋 没 在 铜
板上)来测量；辅助加热器 1 和辅助加热器 2 的热面也分别设置两个辅热电偶 t5 和 t6
（埋没在铜板的相应位置上），其中一个辅热电偶 t5 ）（或 t6 ）接到温度跟踪控制器上，
与主加热器中心接来的主热电偶 t2（或 t1 ）的温度讯号相比较，通过跟踪器使全部辅
图中未表示出）。
1、双扭曲线进风口；2、蜂窝器；3、整流金属网；4、第一测试段；5、实验段；6、第二测 试段；7、收缩段；8、测速段； 9、橡皮连接管；10、风机；11、皮托管
实验风洞简图 由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。皮托 管置于测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风 机出口档板调节。实验段为一叉排或顺排管族段，实验管置于管族第 三排，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四对热电偶对测壁温。 四、 实验步骤 1、 将皮托管与微压计连接好、校正零点；连接热电偶与加热器、功率 表以及调压变压器的热工仪表电器箱线路连接好。经指导老师检查 确认无误后，准备启动风机。 2、 在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根 据需要开启出口挡板，调节风量。 3、 在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热实验管，根据需要调整 变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定 （壁温热电偶电势在三分钟内保持读数不变，即可认为已达到稳定 状态）后，开始记录热电势、电功率、空气进出口温度及微压计的 读数。电压不得超过 180V。
上水套
铜板
铜板 下水套
辅加热器 3
下水套热电偶 t3
冷却水进出口（上）
主热电偶（上）t2
冷却水进出口（下）
辅加热器 4
主热电偶（下）t1 上水套热电偶 t4
辅加热器 2 辅热电偶 t6
辅热电偶 t5
辅加热器 1
图 1 实验台主体示意图
上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通以自来水）来实现。在中间 200 ×200[mm2]部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向 通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即 200×200[mm2] 之外的四侧）设有四个辅助加热器（1～4），利用专用的温度跟踪控制器使主加热器 以外的四周保持与中间主加热器的温度相一致，以免热流量向傍侧散失。主加热器
计算面积 F 为 200×200[mm2]，板的厚度为 δ [mm]。平板试件分别被夹紧在加热 器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都
设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而
试件 2
冷却水进出口
辅加热器
t4
试件 1 t3
冷却水进出口
主加热器
⒊检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好，校正电位 差计的零位。
⒋接通加热器电源，并调节到合宜的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制 器。在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先 不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵（或接通自来水），
传热学实验指导书
热能与动力工程实验室 2007 年 11 月
目录
稳态平板法测定绝热材料导热系数实验台............................. 3 强迫对流管族管外换热系数测定..............................................7 换热器综合试验台.................................................................... 12
强迫对流管族管外换热系数测定 实验指导书
一、 实验目的 1、 了解对流换热的实验研究方法； 2、 测定空气横向流过管族表面时的平均放热系数α，并将实验数据整
理成准则方程式； 3、 学习测量风速、温度、热量的基本技能。 二、 实验原理
根据相似理论，流体受迫外掠物体时的换热系数α与流体流速、 物体几何参数、物体间的相对几何位置以及流体物性等的关系可用 下列准则方程式描述：
α------壁面平均对流换热系数[W/m2.℃]
d------实验管外径,作为定性尺寸,[m]
λ------空气导热系数,[ W/m.℃]
ω------空气流过实验管外最窄截面处流速,[m/s]
υ------空气运动黏度,[m2/s]
角下标＂m＂表示以空气边界层平均温度 tm
=
1 2
(t w
+
tfΒιβλιοθήκη [W]I－主加热器的电流值
[A]
V－主加热器的电压值
[V]
由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件 1 和试件 2）传导，所以
QW
1
Q1 = Q2
=
2
=
2
(或＝ I ⋅V ) 2
[W]
试件两面的温差：
∆t = tR − tL
[℃]
tR －试件的热面温度（即 t1 或 t2 ）
[℃]
tL －试件的冷面温度（即 t3 或 t4 ） 平均温度为
一组 Nu、Re 值；改变空气流速，又得到一组数据，再得到一组
Nu、Re 值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。
三、 实验设备
本对流实验在一实验风洞中进行，实验风洞主要由风洞本体、
风机、构架、实验管及加热器、水银温度计、倾斜式微压计、皮托
管、热工仪表、功率表以及调压变压器等组成。
实验风洞如图所示（温度计、微压计、功率表以及调压变压器等在
)
作为定性温
度。
式中：tw ------实验管壁面平均温度[℃] t f -------空气平均温度[℃]
本实验的任务在于确定 C 与 n 的数值，首先使空气流速一定，
然后测定有关的数据：电流及电压的功率、管壁温度tw 、空气温度 t f 、微压计动压头 h。至于α、ω在实验中无法直接测得，可通过 计算求得，而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得
6、 实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再关闭风机。
五、 实验数据的整理计算
1.壁面平均放热系数α
电加热器所产生的总热量 Q ，除了以对流方式由管壁传给空气外，
还有一部分是以辐射方式传出，因此，对流换热量Qc 为
Qc = Q − Qr = W − Qr
Qr
=
εC0
F
[( Tω 100
)
加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在实验进行时，可以通过热电偶 t1（或
t2 ）和热电偶 t3（或 t4 ）测量出一个试件的两个表面的中心温度。也可以再测量一个
辅热电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和 跟踪情况。温度是利用电位差计和转换开关来测量的。主加热器的电功率可以用电 功率表或电压表和电流表来测量。
⒍根据实验要求，进行多次工况的测试。（工况以从低温到高温为宜）。 ⒎测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过 10 分钟左右后再关闭 水泵（或停放自来水）。
五、实验结果处理
实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量（即主
加热器的电功率）：
Q=W( I ⋅V )
[W]
W-主加热器的电功率值
Nu=f(Re,Pr) 实验研究表明，空气横掠管族表面时，由于空气普郎特数（Pr ＝0.7）为常数,故一般可将上式整理成下列的指数形式,
Num =CRemn 式中 C,n 均为常数,由实验确定,
Num------努谢尔特准则 Num= αd
λm
Rem -------雷诺准则 Rem= ωd
υm
上述各准则中,
4、 在一定热负荷下，通过调整风量来改变 Re 数的大小，因此保持调