冶金传输原理设计.doc

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1、前 言实验是教学中的实践性环节，对加深学生理论知识的理解、实验技术的掌握和实验方法的学习具有重要的作用；对学生分析问题、解决问题能力的培养，实际动手能力和科研技巧的训练是不可缺少的环节。为了强化学生的“三传”理论知识，掌握动量、热量、质量传输实验技术及实验研究方法，培养学生分析和解决实际问题的能力，同时，注重科研、智能训练，开拓创新意识培养，为专题实验和科研工作打下必要的基础。本书根据冶金传输原理课程教学大纲介绍了动量、热量、质量传输相关实验的实验目的、实验原理、实验设备、实验方法及其数据处理等。本实验指导书由湖南工业大学冶金工程学院罗晓春、梁卫民、李芳芳、李新职编写。全书由罗晓春主编定稿，梁

2、卫民审阅。在本书的编写过程中，参阅并引用了国内外近年来发表的相关著作和文献中的一些成果和数据，以及相关实验设备生产厂家的使用说明书和操作规程。在此向各位相关作者致以真挚的谢意。限于作者的学识水平和能力，书中肯定有不妥之处，恳请读者批评指正。冶金传输原理实验教学大纲一、实验课程的性质和任务 通过本课程的教学，强化学生的“三传”理论知识，掌握动量、热量、质量传输实验技术及实验研究方法，培养学生分析和解决实际问题的能力，同时，注重科研、智能训练，开拓创新意识培养，为专题实验和科研工作打下必要的基础。二、实验课程教学目的和基本要求 要求学生实验前认真学习实验指导书，理解实验原理和方法，了解实验设备和仪

3、器的使用方法。掌握实验步骤，懂得实验数据的取得和处理方法，能够按要求完成实验报告。对于综合性实验应能在教师指导下独立完成，以培养学生的综合分析能力和实验动手能力。三、实验教学内容及学时分配(见表1)四、考核方式根据教学要求，结合本实验实际，本课程成绩先按百分制评定，再转换为五级记分制(优，良，中，及格，不及格)，具体考核内容包括：实验态度(10分)，数据记录(10分)，实验操作(35分)和实验报告(45分)。 表1实验教学内容及学时分配章节序号实验名称学时类型要求内容提要动量传输流体粘度测量2验证选做测量液体的恩格拉粘度，了解温度对粘度的影响。流体动力学综合实验一、雷诺实验2综合必做观察水在光

4、滑圆管中流动时，呈现的不同流线型态，并测定临界雷诺数。二、能量方程实验通过测量加深对不可压缩理想流体沿管道作稳定流动时总能量保持不变的理解，了解实际流体由于粘性的存在所造成的偏差。三、管道阻力实验2综合选做测定不同直径管路的沿程阻力、阀门局部阻力。四、流量系数实验掌握孔板流量计流量系数和文丘里流量系数的测定方法。五、皮托管实验皮托管测流速和流量的方法。热量传输导热系数测定2综合选做测定不同松散颗粒状材料或板型材料的导热系数，总结影响材料导热系数的因素及规律。炉壁散热实验2设计选做测量比较使用不同保温材料的炉子的升温和炉壁散热情况。热管换热实验2综合选做测定换热器在不同工况条件下的性能，了解套管

5、、列管和螺旋板式换热器的结构特点及其性能的差别。热辐射实验2设计选做测定并比较両物体壁表面间有无隔热板时的辐射换热量。综合传热实验2综合选做测定不同的传热管在自然对流和强迫对流下的总传热系数。质量传输吸收实验2综合选做测定填料塔中的液相传质系数或单元传质系数目 录第一章 动量传输实验1实验 流体粘度的测定1实验 流体动力学综合实验4实验一、雷诺实验5实验二、能量方程实验8实验三、管道阻力实验11实验四、流量计流量系数实验15实验五、皮托管测流速及流量实验17第二章 热量传输实验19实验 稳态平板法测定绝热材料导热系数实验19实验 炉壁散热测试实验24实验 热管对流换热实验28实验 辐射换热实验

6、33实验 综合传热实验36第三章 质量传输实验39实验 吸收实验39参考文献46第一章 动量传输第一章 动量传输实验实验 流体粘度的测定一、实验目的液体的粘度表示它的流动性的大小，粘度大则流动性小，反之亦然。液体的粘度随着温度的升高而降低，通过实验，要求了解液体恩格拉(Engler)粘度的工业测定方法和温度对粘度的影响。二、实验原理粘度是表示流体质点之间摩擦力大小的一个物理指标，粘度大即摩擦力大，流动性小。根据牛顿粘度定律：式中：F内摩擦力，N；粘性系数(粘度)，Pa.s；A面积，m；du/dn速度梯度,s-1。当各值均采用C、G、S制时，的单位为泊（poise）。测定粘度的方法很多。在工业上

7、，多采用泄流法来测定流体的粘度。泄流法的内容是：在一定条件下，一定容量的液体经由锐孔流出所需要的时间,就表示该液体的粘度。工业上用的粘度计也很多，如恩格拉(Engler)粘度计,赛波尔(Saybolt)粘度计,雷德乌德(Redwood)粘度计等。恩氏粘度计测粘度的方法是：在实验的温度下测定200ml试样油从小孔流出所需要的时间，该时间与20时200ml蒸馏水流出所需要的时间相除，所得的商就是该试样油在实验温度下的粘度，即：Et =其单位为条件度，用E来表示。一般地20的蒸馏水流出的时间为511秒，本实验不进行这项测定，对每台仪器，都已测量好（标准水值）并标明在粘度计外表面上。三、实验设备实验装

8、置如下图所示1.棒式温度计 2.温控仪探头 3.手动搅拌器 4.恩氏温度计 5.加热器6.内锅盖 7.内锅 8.外锅 9.油面高度标志 10.木栓 11.流出管（锐孔）12.支架 13.粘度计接收瓶 14.调整螺丝 15温度控制仪 图1、恩氏粘度计四、实验步骤1、用木栓堵住内锅底部之小孔，注意必须严堵，但不能用力过度。2、将试样油沿着玻璃棒缓慢注入到内锅中，注意不能产生气泡。3、调节调整螺丝，使得油面高度标志（三个尖顶）的刚好露出试样油液面。4、往外筒中加水。注意：水面应比油面高10毫米以上，把温控仪探头及棒式温度计固定在支架上，探头和温度计头部要插入水中。5、盖上内锅盖，并插上恩氏温度计。6

9、、在流出口下面放置洁净、干燥的接收瓶。7、用搅拌器搅拌外筒中的水，用温度计搅拌试样油。8、当试样油的温度计基本稳定时，停止搅拌，并保持五分钟。9、五分钟后，若试样油的温度没有变化，则迅速提起木栓，同时按动秒表。10、当接收瓶中试样油正好达到刻度时，立即停止秒表，并将读数记入下表。11、打开温控仪开关，分别先后把温控选择旋钮旋至40、50的位置上，重复实验步骤1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。本实验所需的试样油为20#机油，由于粘度较大，流动性小。为节约时间起见，我们只测定100ml试样油流出所需的时间。将该时间乘以一个系数即得200ml试样油在同一温度下流出的所需要的时间，该系数随着温

10、度的变化而变化，20左右为2.3556，40左右为2.3348，50左右为2.3283。五、实验报告1、实验记录表实 验名 称实验人姓名同组人姓名实 验日 期仪器编号实 验介 质标准水值序号外筒温度内筒温度100ml油流出时间（秒）200ml油流出时间（秒）恩氏粘度（E）123指导老师签名：2、思考题1）说明测定粘度的意义及温度对粘度的影响。2）说明恩格拉粘度计的理论依据。3）对实验的准确性及造成误差的原因加以说明。4）作出试样油的流出时间与温度的关系曲线。5）作出试样油的恩氏粘度与温度的关系曲线。实验 流体动力学综合实验流体力学综合实验台，为流体力学综合性多用途教学实验装置，可用来进行下列教

11、学实验。一、雷诺试验；二、沿程阻力实验；三、局部阻力实验；四、能量方程（伯努利方程）实验；五、孔板流量计和文丘里管流量系数的测定实验；六、皮托管测流速和流量的方法。试验台结构如图1，图2所示，试验台由上述6个实验的相应实验系统组合而成，有些系统和部件，如：泵、储水箱、恒水位水箱、回水箱等组成的水循环系统和各个测点测压板系统均为几个试验所共用。图1 流体力学综合实验台实验一、雷诺实验1、实验目的1）观察流体在管道中的流动状态；2）测定几种状态下的雷诺数；3）了解流态与雷诺数的关系；4）测定临界雷诺数。2、实验装置在流体力学综合试验台中，雷诺试验涉及的部分有水箱2，雷诺试管11，阀门，颜料水（兰墨

12、水）瓶及其开关，上水阀，水泵9，计量水箱5，秒表及温度计。3、实验前准备1）将试验台的各个阀门置于关闭状态，开启水泵，全开上门阀，使水箱注满水，全开出水阀门，再调节上水阀门，使水箱的水位能保持不变。（调节阀门时，同时观察溢水流，直至溢水管能维持少量溢流，即表明水箱水位已基本保持不变。）2）用温度计测量水温4、实验方法1）观察流态打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针中流出，颜料水和雷诺试验管中的水将迅速混合成均匀的淡颜色水，此时，雷诺试验管中的水为紊流；随着出水阀门的不断关小，颜料水与雷诺试验管中水的渗混程度逐渐减弱，直至颜料水在雷诺试验管中成一条清晰的线流，此时，雷诺实验管中的水为层流流动，称为

13、层流。2）测定几种状态下的雷诺数全开出水阀门，再逐渐关小出水阀门，直至能开始保持雷诺试管内颜料水处于层流状态。然后，按照从小流量到大流量的顺序进行试验，在每一状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。试验数据处理举例：图2某一工况下体积流量Q为3.46710-5m3/S，雷诺试验管内径d=0.014m，试验时的水温为5，查出相应的运动粘度流速雷诺数根据实验数据和计算结果，可绘制出雷诺数与流量的关系曲线（图2）。不同温度，其曲线的斜率不同。3）测定下临界雷诺数调整出水阀门，使雷诺试验管的水流处于紊流状态，然后缓缓地逐渐关小出水阀门，观察管内颜色水流的变动情况，当关小到某一开度时，管内的颜料水

14、流开始成为一条直的线流，此时，即为由紊流转变成层流的下临界状态。记下此时的相应数据，便可求出下临界雷诺数。4）观察层流状态下的速度分布 关闭出水阀门，用手挤压颜料水开关下的胶管二到三下，使颜色水在一小段管内扩散到整个断面，然后，再微微打开出水阀门，使管内呈层流状态流动，这时，就可以看到水在层流流动时呈抛物线状，演示出管内水流流速的分布。5、问题讨论1）雷诺数在判别一切流体运动状态有何意义？2）本实验中，为什么控制流速就可调节流体的运动状态？实验二、能量方程实验1、实验目的1）观察流体流经能量方程试验管时的能量转化情况，并对实验中出现的现象进行分析，从而加深对能量方程的理解；2）掌握一种测量流体

15、流速的原理；3）测绘玻璃水管管路上测压管水头线及总水头线。2、实验装置流体力学综合试验台中，能量方程实验部分涉及的有计量水箱5，能量方程试验管12，水泵9，测压板（图中未绘出）和能量方程试验水箱3。3、实验前准备工作开启水泵，全开上水阀门，使水箱注满水，全开阀门再调节上水阀门，使水箱水位能保持不变，有少量溢流。4、实验方法1）能量方程实验调节阀门调至一定开度，测定能量试验管3的四个断面四组测压管的液柱高度，并利用计量水箱和秒表测定流量。改变阀门的开度，重复上述方法进行测试。将这些数据记入表1中。根据测试数据和计算结果，绘出某一流量下的各种水头线（如图3），并运用能量方程进行分析，解释各测点各种

16、能头的变化规律。可以看出，能量损失沿着流体流动方向是增大的；II与I比较，两点管经相同，所以动能头基本相同，但II点的压力能头比I增大了，这是由于位置能转化而来的；III与II比较，其位置能头相同，但III点比II点的压力能头大，这是由于管经变粗，速度减慢，动能头转变为压力能头；IV与III比较，位置能头相同，但压力能头小了，可以明显看出，是压力能头转化为速度能头了。实验结果还清楚地说明了连续方程，对于不可压缩流体稳定流动，当流量一定时，管径粗的地方流速小，细的地方流速大。2）测速能量方程试验管上的四组测压管的任一组都相当于一个皮托管，可测得管内的流体速度。由于本试验台将总压测管置于能量方程试

17、验管的轴线，所以测得的动压头代表了轴心处的最大流速。皮托管求点速度公式为： 表1测点液柱高度序号IIIIIIIV流量测 压 管12345678m3/s大流速总水头压力水头速度水头能量损失小流速总水头压力水头速度水头能量损失能量方程管断面的中心线距基准线高度（实测）（mm）能量方程管内经（mm）静水头（mm）流动方向 图3 而管内的平均流速可以通过流量来确定，平均流速公式为：在进行能量方程实验的同时，就可以测定出各点的轴心速度和平均速度。测试结果可记入表2中 表2测流 点 速I管径II管径III管径IV管径轴心速度平均速度如要用皮托管求出所在截面的理论平均流速，可根据该截面中心处的最大流速、雷诺

18、数与平均流速的关系，参考有关流体力学资料求出。5、思考题1）为什么测量小管上的小孔要调整到处于管道的中心线上？当小孔位置偏高中心线时，会造成哪种能量值的偏差？2）设想水流在测试管路中以相反方向流动时，能量曲线将发生怎样的变化？3）为什么总水头线总是下降？而测压管水头线有下降也有上升？实验三、管道阻力实验1、实验目的1）观察和测试流体稳定地在等直管道中流动及通过阀门时的能量损失情况；2）掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法；3）了解阻力系数在不同流态、不同雷诺数下的变化情况。2、实验装置综合试验台中涉及管道阻力实验的部件有泵9，水箱10，实验管道14、16、计量水箱5，泵上水管及阀门和测

19、压板等。3、实验前准备工作将实验台各阀门置于关闭状态，开启上水阀门及各实验管道阀门，将泵做瞬时启动，检验系统是否有泄漏；排放导压胶管中的空气。4、实验方法1）等直径管道沿程阻力实验开启上水阀及管道16的各阀门及管道14的右侧阀门。开启水泵，待压差稳定后，读取有关数据，填入表3中。如此，调节不同的流量，进行不同流量下的测量。实验数据处理和分析根据沿程阻力损失计算沿程阻力系数；式中：d试验管道内径，m； L试验管道试验段长度 ，m； Q试验时的体积流量 ， m3/s； 试验段的阻力损失 ，m。计算相应的雷诺数：式中：试验工况下水的运动粘度， m2/s；u试验工况下水流的平均流速，m/s。将实验结果

20、绘制在图4的座标系中，可以看出，在时，所得实验数据均落在直线附近，此时仅与有关，而与管壁的粗糙度无关，这与理论的推导结果一致。lgRe 图4 表3序号流量测压管指示（H20mm）沿程阻力系数雷诺数Re水量(m3)时间（s）体积流量10-5(m3/s)平均流速(m/s)左侧右侧沿程阻力hf12345678910111213141516在范围内，值很不稳定。因为在此区间，流态可能是层流，也可能是紊流，是个过渡区，从而出现这种现象。当时，大部分实验数据落在直线 附近，这与勃拉休斯（HBlasius）给出的计算公式相吻合，这是因为实验管段采用的是焊接钢管，当量粗糙度为0.040.1。由于水泵及试验台结

21、构的限制，不能作出高雷诺数Re与不同粗糙度管子阻力系数的关系。2）阀门阻力实验进行此项实验时，水泵的出水经过稳水箱13再进入试验管道14。被测管两侧的压力就是测压板上所指示的液柱差hf，即表示出流体流经管道时的能量损失，由此，即可确定该管路的局部阻力系数： 调节不同流量，把测量不同流量下的能量损失及有关数据记入表4中。进行计算后，即可获得的阻力系数及其与雷诺数的关系。 表4序号流量及流速测压管指示（H20mm）阻力系数雷诺数Re水量m3时间s体积流量Qm3/s平均流速Vm/s左侧右侧阻力损失hf12345678注意：A）用水柱压差计测量能量损失时，由于压差不稳定而容易产生误差，特别是在小流量、

22、小压差下，误差会更大，因此要多做同个工况才能准确。B）实验时，开关阀门要缓慢，否则会使紊流状态提前出现，从而影响实验效果。5、思考题 1）突然扩大和突然缩小的局部阻力系数是否相等？为什么？ 2）流体流态由层流到紊流，沿层阻力系数与雷诺数的关系如何变化？从实验数据中能否看出其规律？实验四、流量计流量系数实验1、实验目的测定文丘里及孔板流量计的流量系数。2、实验装置在综合试验台中，涉及的部分有泵9，上水管及阀门，文丘里实验管道17，孔板实验管道15，和计量水箱5。3、实验方法文丘里和孔板流量计的流量系数测定可同时进行，水经上水管流进管道17，再流经管道15后，流回水箱。检查各阀门的开闭状态无误后，

23、即可启动水泵，使水循环。同时，调节流量，把导压管中的气体排出，以保证测压准确。待液体流动平稳后，方能进行测压和流量计量。调节流量，进行不同流量工况下的测试，将测试的数据记入表5中。 表5序号液体总量Q流(m3)时间t(s)单位流量Q1(m3/s)压差h(m)计算流量Q2(m3/s)流量系数备注123456 文丘里管： m m孔板流量计： m m流量系数 4、思考题1）实验时若将皮托管改为倾斜放置，试问各测压管内液面高度是否会发生变化？为什么? 2）随着流量增加，各测压管内液面和液面高度差是否会发生变化？为什么？实验五、皮托管测流速及流量实验1、实验目的学习用皮托管测流速及流量的方法。2、实验装

24、置实验可以与流量计流量系数测定方法实验同时进行，所以，所用装置相同。3、实验方法在记下孔板流量计和文丘里管的流量和压差后，即可以读取皮托管的测试数据。计算流速的公式：式中：皮托管修正系数；g重力加速度；压差板上显示的液柱高差；静压；总压（静压+动压）；测压管中流体重度。皮托管所测的是管道截面上某一点的流速，故用以探测截面上的速度分布最为适宜。若要测定截面的平均速度，应测定管中心至管壁间若干点的速度，然后用图解积分法求其平均值。测试时，可把管子断面积分成几个等面积的同心环，然后测量液体流入此环的平均流速。平均流速的所在点是取在平分这个环面积的圆周上，由于一般流速分布并不完全对称，所以，在每个环中

25、测两个对称点而平均之。等面积同心环的分法如下（参见图5）：设要分成n个同心环，因，所以；又因和等等，可得R和R等等。图5所示为分成3个等面积同心环，沿3个环的直径线上测6个测点的流速，然后求出总的平均流速：若要测量平均流量：式中A为管横截面积。4、实验问题分析题1）实验时若将皮托管改为倾斜放置，试问各测压管内液面高度是否会发生变化？ 2）随着流量增加，各测压管内液面和液面高度差是否会发生变化？为什么？ 3）如果皮托管的弯度不正对流动方向，那么所测出的流速是否能代表管内的流速？为什么？46第二章 热量传输第二章 热量传输实验实验 稳态平板法测定绝热材料导热系数实验一、实验目的 1、巩固和深化稳定

26、导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能； 2、测定试验材料的导热系数； 3、确定试验材料导热系数与温度的关系。二、实验原理 导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是各不相同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变化。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，如果要分别考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种实验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。 实验设备是根据在一维稳态情

27、况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差t成正比，和平板的厚度成反比，以及和导热系数成正比的关系来设计的。 我们知道，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长和壁宽)的稳定导热量为：Q= W 测试时，如果将平板两面的温差、平板厚度、垂直热流方向的导热面积A和通过平板的热流量Q测定以后,就可以根据下式得出导热系数： W/(m oC)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：oC在不同的温度和温差条件下测出相应的值。然后将值标在一坐标图内，就可以得出 )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l和图2所示。被试验材料做成二块方形

28、薄壁平板试件，面积为3003002，实际导热计算面积A为2002002，板的厚度为。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图1 试验台主体示意图（循环冷却水的水箱和水泵未示出）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200200mm2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两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周(即：200200mm2之外的四侧)设有四个辅助加热器(14)，利用专用的温度跟踪控制器使主加热器

29、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。主加热器的中心温度t 1(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l和辅加热器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加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，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

30、、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。图 2 试验台的电路联图（用电位差计测温未示出）附 试验台主要参数1、试验材料2、试件外型尺寸：300300 mm23、导热计算面积A: 200200 mm2 (即主加热器的面积)4、试件厚度：(实测)5、主加热器电阻值： 6、辅加热器(每个)电阻值： 7、热电偶材料：镍铬一镍硅8、试件最高加热温度：80o四、实验方法和步骤1、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，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

31、能紧密接触。2、联接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。将主热电偶之一t2(或t1)接到跟踪控制器面板上左侧的主热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一t5(或t6)接到跟踪控制器上的相应接线柱上。把主热电偶t1(或t2)、水套冷面热电偶t3(或t4)和辅热电偶t6(或t5)都接到热电偶转换开关上，转换开关与电位差计的“未知”相接。 3、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

32、。 4、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)，向上下水套通入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这过程中可以适当调节主加热器电源、辅加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状态。待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电功率W(或电压V和电流I)读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。5、一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，即调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试，得到另一工

33、况的稳定测试结果。调节的电功率不宜过大，一般在510W为宜。6、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)。7、测试结束后，先切断加热器电源，井关闭跟踪器，经过i0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(或IV) w W一主加热器的电功率值 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 =) W试件两面的温差：t= tR- tL oCtR 试件的热面温度 （即t1或t2） oCtL 试件的冷

34、面温度 （即t3或t4） oC平均温度为： oC平均温度为时的导热系数： （或） W/m .oC将不同平均温度下测定的材料导热系数标在坐标中得出的关系曲线，可求出的关系式。六 、实验问题分析1、 将两个平板试件安装在加热器的上下面，为什么试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在？2、 实验中，我们是怎样测定导热量的？其误差如何？如何提高其准确度？3、应用相关数学方法，通过的关系曲线和有关数据求的关系式。4、通过本实验，是否可以看出温度对隔热材料导热系数的影响规律？并简要分析温度对金属、液体、气体导热系数的影响。实验 炉壁散热测试实验一、实验目的1、了解通过炉壁的传导散热。2、比较使用不同保温材

35、料对炉子升温和炉壁散热的影响，明确硅酸铝纤维保温材料的节能效果。二、实验装置和实验方法实验测试在4KW的中温箱式马弗电炉上进行，马弗电炉的炉体由耐火材料整体炉胆、保温材料和铁外壳组成。螺旋管状金属电热元件布置在炉胆四壁的圆形孔槽中，通过连接电源供电使电热元件发热，从而炉子能达到必要温度和实现加热，热电偶由炉子的后壁上插入到炉胆构成的炉膛内，并连接到炉温控制器上，对炉温做出指示和进行调节控制。为可作比较，安排对两台使用不同保温材料的马弗电炉进行实验测试，两台炉子仅是所用的保温材料不同，其他的结构及尺寸基本相同或接近，实验的散热测试亦只考虑和限于炉侧壁上，两台马弗电炉所用的保温材料分别是：一台仍用

36、一般的材料结构，内层（与炉胆相接）为硅澡土砖，厚度115mm，外层（与铁外壳相接）为石棉板，厚度10mm（较一般炉子稍加厚）；另一台炉子的侧墙和炉顶上的保温层全部使用硅酸铝纤维粘，厚度125mm，为对炉测壁上各层材料的界面温度进行测量，在两台炉子的后壁上设置了相应的测温孔，分别用热电偶、水银温度计由测温孔中插到界面内部测温，炉子铁外壳的厚度较小，可视为内外表面温度相同。用表面温度计或水银温度计在外壳表面上测量，适应调整炉子功率需要，在供电线路上连接5KW的自耦调压器。实验依如下两部分内容进行：1、空炉升温时间的测试比较电阻炉的空炉升温时间是指经烘干的炉子接上额定电压（使用FeCrAl或NiCr

37、电热体时）或额定功率（使用碳矽棒时）炉子炉温由室温冷态升高至达到额定温度所经历的时间，空炉升温时间是电阻炉的一个工作性能指标，反映了炉体在升温过程蓄热量的多少，用轻质和热容量小的筑炉材料构筑的炉子，蓄热量少，故至炉升温时间短，这不仅节约了电耗，而且可缩短生产的周期，对期作业炉（间歇炉）的生产上有着重要的意义。2、炉壁散热的测试比较本实验仅测试和考虑炉子侧壁部分的散热，炉壁上的传热过程是：电热元件通电发热，其中一部分热量依次通过炉胆的外侧部分，保温层和铁外壳，以传导传热的方式向炉外散热，最后由炉外壳外表散失至周围空间去（辐射和空气自然对流的方式）。如处于稳定状态传热，并能测处各层界面温度时。炉壁

38、的散热量由下公式计算：1） 硅藻土砖+石棉板保温层Q= （w）式中：t1硅藻土砖内表面温度（）。t3石棉板层外表温度（）。铁外壳厚度较小（约1mm）时， t3可取铁壳外表温度（）。砖、板分别为硅藻土砖层和石棉板层厚度（m）。砖、板分别为硅藻土砖层和石棉板层的平均导热系数。A砖均、A板均分别为硅藻土砖层和石棉板层的平均导热面积。可依各层外表面积的几何平均值计算。即：A均=（A内A外）0。5 m22）硅酸铝纤维保温层 （w）此时，t2=铁外壳表面温度。各符号意义可参考上面所述。两台炉子的炉壁散热依据处于同一炉温和达到稳定热态的条件下进行计算和比较，为节省实验时间，本次实验取两台炉子作比较，炉温为8

39、00，并在炉温达到800下保温50分钟，近似视炉子此时达到稳定热态，用该时测得之值作为炉壁散热量的计算和比较。显然炉壁散热量低的炉子有较好的保温隔热性能，相对热耗低，有利于提高炉子效率和达到节能的效果。三、实验操作步骤1、预先将两台马弗电炉的炉温升至600（由实验老师完成），测量并记录各温度值后，将炉温控制器的定位指针调到800的位置，记下升温开始的时间。在升温的阶段中，注意调整自耦调压器使两台炉子的功率保持一致，并每隔10分钟测量并记录各个温度值和电压、电流值一次。2、测量记录马弗炉炉胆样品和炉子外壳的侧壁尺寸，作为计算导热面积的依据。3、当炉温到达800，炉温控制器跳闸时，记录好到达时间和各个温度值，并在其后每隔10分钟测量记录各个温度值一次，直至保温50分钟，炉壁散热量依据保温50分钟时的温度值进行计算。4、实验完毕，将调压器恢复为零，关闭炉温控制器开关和拉下炉子供电的闸刀开关，清理打扫实验现场，最后经指导教师审查实验数据和签名。注意事项：1、切勿接触炉子供电接头部分和炉体的高温部分，防止人身安全事故；2、爱护仪器设备，避免碰折跌坏水银温度计和表面温度计。实验数据记录表实验日期：同组者姓名：#炉（硅藻土砖+石棉板保温层）#炉（铝酸纤维毡保温层）时间电压（V）电流(A)t炉()t1()t2()t3()时间电压（V）电流(A)t炉()t1()t2()t3()