《传热学》实验指导书热工教研室编目录实验要求 (2)实验一球体法粒状材料的导热系数的测定 (3)实验二平板法导热系数的测定 (7)实验三套管换热器液-液换热实验 (12)实验四中温辐射黑度的测定 (16)附录1 铜－康铜热电偶分度表 (22)附录2 精密数字温度温差仪使用方法 (23)实验要求1．实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解实验目的、实验原理和实验要求，做到心中有数。
2．在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到指导教师的许可，方可动用。
3．实验时应严肃认真、一丝不苟，细致地观察实验中的各种现象，并作好记录，通过实验，训练基本操作技能和培养科学的工作作风。
4．实验结束时，学生先自行检查全部实验记录，再经指导教师审阅后，方可结束实验。
5．学生实验时，如出现实验仪器损坏情况，应及时向指导教师报告。
6．按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。
实验一球体法粒状材料的导热系数的测定一、实验目的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电位差计图1 加热圆球示意图测取小球的温度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2专用电源的面板图见图3图2 YQF-1型导热系数测定仪的面板图图3 专用电源的面板图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。
1．电源开关； 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测量材料：颗粒状材料，例如黄沙，珍珠岩等1.2测量温度范围：50℃～200℃1.3加热电压：0～60V 加热电流：0～1A（因不同的材料而不同）1.4圆球尺寸：小球直径D1=80mm 大球直径D2=160mm1.5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3.1输出电压：0～80V3.2输出电流：0～1A3.3连续工作时间：>8小时四、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？实验二平板法导热系数的测定一、实验目的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。
二、实验原理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S b。
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S c，根据散热速率与散热面积成正比的关系得(ΔQ/Δt)b/(ΔQ/Δt)c=S b/S c (2-9-4)式中：(ΔQ/Δt)b为S b面积的散热速率；(ΔQ/Δt)c为S c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，那么有S b = π(D/2)2+πDδS c = 2π(D/2)2 +πDδ (2-9-6) 由比热容的基本定义C = ΔQ/m•ΔT得ΔQ = c·m·ΔT′故 (ΔQ/Δt)c = c·m·ΔT′/Δt (2-9-7) 将(2-9-6) 、(2-9-7)两式代入(2-9-4)式，得(ΔQ/Δt)b = [(D+4δ)/(2D+4δ)].c.m.K (2-9-8) 式中：K = ΔT′/Δt|T=T2 m—-下铜盘的质量 C—-下铜盘的比热容将式(2-9-8)代入(2-9-5)式得λ= － [c·m·K·h·(D + 4δ)]/[лD2(T1- T2)(2D+4δ)] (2-9-9) 三、实验装置四、实验步骤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 = 3.805×10²J/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10ºC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50ºC 、 60ºC 、70ºC、 80ºC 、90ºC 、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，可以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2、计算冷却速率和导热系数, 列表如下3、绘制λ——t曲线。
六、思考题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？实验三套管换热器液-液换热实验一、实验目的1．通过实验，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。