上海理工大学传热学上机实验
80210127传热学C
《传热学C》课程教学大纲 课程编号：80210127 课程名称：传热学C 英文名称：Heat Transfer C 总学时：24 学分：1.5 适用对象：机械工程及其自动化专业，测控技术及仪器专业 先修课程：高等数学，流体力学 一、课程性质、目的和任务 传热学C是机械工程及其自动化专业和测控技术及仪器专业的一门专业选修课程。其目的在于使学生掌握有关热量传递的基本理论知识，具备一定的传热学分析计算能力。它不仅为以后专业课的学习提供必要的理论基础，也是培养提高学生综合分析能力和解决工程实际问题能力的重要环节之一。 二、教学内容、方法及基本要求 教学内容 1．绪论 了解传热学与工程热力学在研究内容和方法上的异同。认清传热学的研究对象及其在工程和科学技术中的应用。掌握热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射的概念和所传递热量的计算公式。了解复合换热过程的计算方法，了解辐射换热表面传热系数的概念。认识到工程实际问题的热量传递过程往往不是单一的方式而是多种形式的组合，以加深传热过程的概念及传热方程的理解。初步理解热阻在分析传热问题中的重要地位。 2．导热基本定律及稳态导热 掌握傅里叶定律的意义和应用方法，了解常见材料导热系数的大致范围。理解推导导热微分方程的理论依据和思路，以及导热微分方程中各项的物理意义，能够正确书写导热问题的初始条件和三类边界条件。能应用傅里叶定律或导热微分方程对常物性、无内热源的一维稳态导热问题（平壁、圆筒壁）进行分析求解，得出温度场及导热量的计算公式。了解肋片在工程中的应用场合。加深理解热阻概念及其在分析导热问题时的重要性。 3．非稳态导热 了解非稳态导热过程的特点。掌握集总参数法的分析求解方法，了解其限制条件。 4．对流换热 牛顿冷却公式是对流换热计算的基础，要求重点掌握。理解影响对流换热的因素。掌握流动边界层和温度边界层的概念。理解相似原理在指导对流换热实验中的作用，准则方程的导出。掌握实验数据的整理方法。掌握管内换热入口段与充分发展段的概念。掌握定型尺寸和定性温度的概念。能正确和熟练地运用准则方程（实验关联式）计算简单的对流换热问题。了解有限空间自然对流换热的概念。掌握强化单相流体对流换热的途径。 5．凝结与沸腾换热
传热实验实验报告
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。 三、实验流程和设备 实验装置由列管换热器、风机、空气电加热器、管路、转子流量计、温度计等组成。空气走管程，水走壳程。列管式换热器的传热面积由管径、管数和管长进行计算。 实验流程图： 四、实验步骤及操作要领 1、熟悉设备流程，掌握各阀门、转子流量计和温度计的作用。 2、实验开始时，先开水路，再开气路，最后再开加热器。 3、控制所需的气体和水的流量。 4、待系统稳定后，记录水的流量、进出口温度，记录空气的流量和进出口温度，记录设备的
有关参数。重复一次。 5、保持空气的流量不变，改变自来水的流量，重复第四步。 6、保持第4步水的流量，改变空气的流量，重复第四步。 7、实验结束后，关闭加热器、风机和自来水阀门。 五、实验数据记录和整理 1、设备参数和有关常数 换热流型错流；换热面积㎡
六、实验结果及讨论 1、求出换热器在不同操作条件下的传热系数。 计算数据如上表，以第一次记录数据序号1为例计算说明： 2、对比不同操作条件下的传热系数，分析数值，你可得出什么结论？ 答：比较一、二、三组可知当空气流量不变，水的流量改变时，传热系数变化不大，比较四、五组可知空气流量改变而水的流量不改变时，传热系数有很大变化，且空气流量越大，传热系数越大，传热效果越好；综上可知，K值总是接近热阻大的流体侧的α值，实验中，提高空气侧的α值以提高K值。。 3、转子流量计在使用时应注意什么问题？应如何校正读数？ 答：转子流量计不能用于流量过大的流体测量，使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。 读数时应读转子的最大截面与玻璃管刻线相交处的数值，可以读初始值和最终值，取两者之差来校正读数。 4、针对该系统，如何强化传热过程才能更有效，为什么？ 答：该系统传热效果主要取决于热流体，所以可以通过增加空气流量，提高其所占比例来强化传热效果；减小水的流量；内管加入填充物或采用螺纹管，加热面在上，制冷面在下。因为由实验可知提高热阻大的流体的传热系数可以更有效的强化传热过程。 5、逆流换热和并流换热有什么区别？你能用实验装置加以验证吗？ 答:①逆流换热时热流体是冷热流体流动方向相反；而并流传热时，其冷热流体流动方向相同；②在相同操作条件下，逆流换热器比并流换热器所需传热面积小。可以改变冷热流体进出口方向，测得在相同传热效果下，逆并流所需传热面积大小，从而加以验证。 6、传热过程中，哪些工程因素可以调动？ t ；④换热过程的流型（并流，逆答：①增大传热面积S；②提高传热系数α；③提高平均温差 m 流，错流）。 7、该实验的稳定性受哪些因素的影响？ 答：①冷凝水流通不畅，不能及时排走；②空气成分不稳定，导致被冷凝效果不稳定；③冷热流体流量不稳定；④传热器管表面的相对粗糙度。 8、你能否对此实验装置作些改进，使之能够用于空气一侧对流传热系数的测定？ 答：让空气走壳程，水走管程，根据流体在管外的强制对流公式，可提出空气一侧的对流传热系数α值。
传热学实验指导书22页
[实验一]用球体法测定粒状材料的导热系数 一、实验目的 1、巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的热导率的方法。 2、确定热导率和温度之间的函数关系。 二、实验原理 热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为W/(m ·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。 球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。 设有一空心球体，若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶导热定律： dr dt r dr dt A λπλφ24-=-= （1） 边界条件 2 211t t r r t t r r ====时时 （2） 1、若λ= 常数，则由（1）（2）式求得 1 22121122121) (2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W] ) (2) (212112t t d d d d --= πφλ [W/(m ·K)] (3) 2、若λ≠ 常数，（1）式变为 dr dt t r ) (42λπφ-= （4） 由（4）式，得 将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得 )()(412122 2 1 2 1 t t t t dt t r dr t t r r ---=?? λπφ (5) 式中 1 22 1 )(t t dt t t t -?λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值，用m λ表示即
传热学上机C程序源答案之一维稳态导热的数值计算
一维稳态导热的数值计算 1.1物理问题 一个等截面直肋，处于温度t ∞=80 的流体中。肋表面与流体之间的对流换热系数为 h =45W/(m 2?℃),肋基处温度t w =300℃，肋端绝热。肋片由铝合金制成，其导热系数为λ=110W/(m ?℃)，肋片厚度为δ=0.01m ，高度为H=0.1m 。试计算肋内的温度分布及肋的总换热量。 1.2数学描述及其解析解 引入无量纲过余温度θ = t?t ∞t w ?t ∞ ，则无量纲温度描述的肋片导热微分方程及其边界条件： 22 20d m dx θθ-= x=0,θ=θw =1 x=H, 0x θ?=? 其中m = 上述数学模型的解析解为：[()] ()() w ch m x H t t t t ch mH ∞∞--=-? ()()w hp t t th mH m ∞?= - 1.3数值离散 1.3.1区域离散 计算区域总节点数取N 。 1.3.2微分方程的离散 对任一借点i 有：22 2 0i d m dx θ θ??-= ??? 用θ在节点i 的二阶差分代替θ在节点i 的二阶导数，得：211 2 20i i i i m x θθθθ+--+-= 整理成迭代形式：()1122 1 2i i i m x θθθ+-=++ (i=2,3……,N-1) 1.3.3边界条件离散 补充方程为：11w θθ==
右边界为第二类边界条件，边界节点N 的向后差分得：1 0N N x θθ--= ，将此式整理为 迭代形式，得：N 1N θθ-= 1.3.4最终离散格式 11w θθ== ()1122 1 2i i i m x θθθ+-= ++ (i=2,3……,N-1) N 1N θθ-= 1.3.5代数方程组的求解及其程序 假定一个温度场的初始发布，给出各节点的温度初值：01θ，02θ，….，0 N θ。将这些初值代 入离散格式方程组进行迭代计算，直至收敛。假设第K 步迭代完成，则K+1次迭代计算式为： K 11w θθ+= () 11 11 2212i i K K K i m x θθθ+-++= ++ (i=2,3……,N-1) 1 11N K K N θθ-++= #include
传热学报告
《传热学》三级项目报告书 钢生锈表面黑度测量 姓名： 课程名称：传热学 指导教师：金昕 2013年6月 固体表面黑度的测定 摘要： 通过课上老师讲解，我们了解到实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为实际物体的黑度。为了测量固体表面黑度，首先设计一个已知外表面积的工件，将其放入不存在吸收热辐射介质的空腔内（实验中为真空中的系统），测出换热量，通
过调节试件外表面的温度，研究试件表面黑度随温度的变化，再通过对实验数据的分析整理，计算出黑度，通过图像处理，得到固体表面黑度随温度的变化规律，进一步加深了对黑度的认识。 前言： 本项目目的在于熟悉物体表面黑度的测试原理；熟练应用三维设计软件对实验试件的设计；分析影响物体表面黑度的因素；了解实验原理，并对实验设备进行拆装，学会使用各种测试仪表进行测试；提高学生的动手能力、理论联系实际能力和团队的协作能力；得到查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究能力的训炼；通过研究报告的撰写使学生在科技文献写作方面获得训练。 本项目主要内容是测定试件表面黑度以及分析黑度随温度变化关系。黑度是辐射换热的重要特性，黑度取决于物体的性质，物体的温度，表面状态，波长，方向，通过本实验的学习黑度概念和黑度测量，自己动手测绘试件、测量数据、分析结果，增强了动手实验能力，培养灵活运用知识的能力和创新思维。 本实验采用真空辐射法测定固体黑度的实验方法，根据公式及日常经验预测试件表面黑度随温度升高呈下降趋势。 实验目的 1、巩固辐射换热理论. 2、掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的试验方法. 3、分析固体表面黑度随温度的变化规律. 实验设备介绍及实验原理分析： 通过查阅相关资料，我们了解到研究黑度的方法主要有：辐射法、量热计法和正规热工况法。辐射法是建立在以被测物体的辐射和绝对黑体或其他辐射系数已知的辐射系数为已知的物体辐射，相比较的基础之上的。本实验采用辐射法。 实验原理 当一物体放在另一物体的空腔内，且空腔内不存在吸收热辐射的介质时（如空气），彼此以辐射换热方式进行热交换，其辐射换热量为：
传热学上机实验
传热学上机实验 班级: 学号： 姓名：
一：实验问题 一个长方形截面的冷空气通道的尺寸如附图所示。假设在垂直于纸面的方向上冷空气及通道墙壁的温度变化很小，可以忽略。试用数值方法计算下列两种情况下通道壁面中的温度分布及每米长度上通过壁面的冷量损失： (1)内、外壁面分别维持在10℃及30℃； (2)内、外壁面与流体发生对流传热，且有λ=0.53W/（m·K），t f1=10°C、h1=20W/（m2·K）, t f2=30°C、h2=4W/（m2·K）。
二：问题分析与求解 本题采用数值解法，将长方形截面离散成31×23个点，用有限个离散点的值的集合来代替整个截面上温度的分布，通过求解按傅里叶导热定律、牛顿冷却公式及热平衡法建立的代数方程，来获得整个长方形截面的温度分布，进而求出其通过壁面的冷量损失。 1. 建立控制方程及定解条件 对于第一问，其给出了边界上的温度，属于第一类边界条件。 ????? ??? ??=?==??+??C C y t x t 301002222外壁温内壁温 对于第二问，其给出了边界上的边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度 t f ，属于第三类边界条件。 ()?????? ?-=??? ????-=??+??f w w t t h n t y t x t λ02222 2. 确定节点（区域离散化） 用一系列与坐标轴平行的网格线把长方形截面划分为31×23个节点。则步长为0.1m ，记为△x=△y=0.1m 。
3. 建立节点物理量的代数方程 对于第一问有如下离散方程： ()()()()()()()()()()? ??? ???? ? ????? ???+++==?==?==?==?==?==?==?==?=+-+-代表内部点,，点41 26~6,1018,26~6,106,18~6,10,2618~6,10,631~1,3023,31~1,301,23~1,30,3123~1,30,11,1,,1,1,n m t t t t t n C m t n C m t n C n t n C n t n C m t n C m t n C n t n C n t n m n m n m n m n m 对于第二问有如下离散方程： 对于外部角点（1,1）、（1,23）、（31,1）、（31,，23）有： ()()02 222,1,,22,,1,22 =??-+-?+??-+-?±±x y t t t t x h y x t t t t y h n m n m n m f n m n m n m f λλ 得到： ()()()()????? ??? ?? ? ++ =++=++=++=22,3123,3023,312,311,301,3122 ,123,223,12,11,21,11865331400186533140018653314001865331400t t t t t t t t t t t t 同理可得： 对于内部角点（6,6）（6,18）（26,6）（26,18） ，有 ()() ()()()()()()????? ??? ??? ++++ =++++ =++++=++++=7,2618,2518,2719,2618,267,266,256,275,266,2618 ,717,619,618,518,67,66,75,66,56,671853359533592000718533595335920007185335953359200071853359533592000t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t
传热学题目培训讲学
传热学题目
传热学 1．热流密度 q 与热流量的关系为（以下式子 A 为传热面积，λ为导热系数，h 为对流传热系数）：( ) (A)q＝φA (B)q＝φ/A (C)q=λφ (D)q＝hφ 2．如果在水冷壁的管子里结了一层水垢，其他条件不变，管壁温度与无水垢时相比将：( ) (A)不变 (B)提高 (C)降低 (D)随机改变 3. 当采用加肋片的方法增强传热时，最有效的办法是将肋片加在哪一侧? ( ) (A)传热系数较大的一侧（B）传热系数较小的一侧 (C)流体温度较高的一侧（D）流体温度较低的一侧 4. 导温系数的物理意义是什么? ( ) （A）表明材料导热能力的强弱 （B）反映了材料的储热能力 （C）反映材料传播温度变化的能力 （D）表明导热系数大的材料一定是导温系数大的材料 5. 温度梯度表示温度场内的某一点等温面上什么方向的温度变化率? ( ) (A)切线方向 (B)法线方向 (C)任意方向 (D)温度降低方向 6. 接触热阻的存在使相接触的两个导热壁面之间产生什么影响? ( ) (A)出现温差 (B)出现临界热流
(C)促进传热 (D)没有影响 7. 金属含有较多的杂质，则其导热系数将如何变化? ( ) （A）变大（B）变小 （C）不变（D）可能变大，也可能变小 8. 物体之间发生热传导的动力是什么? ( ) (A)温度场 (B)温差 (C)等温面 (D)微观粒子运动 9. 通过大平壁导热时，大平壁内的温度分布规律是下述哪一种？( ) (A)直线 (B)双曲线 (C)抛物线 (D)对数曲线 10. 已知某一导热平壁的两侧壁面温差是 30℃，材料的导热系数是 22W/(m. K)，通过的热流密度是 300W/m2，则该平壁的壁厚是多少? ( ) (A) 220m (B)22m (C)2.2m (D)0.22m 11. 第二类边界条件是什么? ( ) （A）已知物体边界上的温度分布。 （B）已知物体表面与周围介质之间的传热情况。 （C）已知物体边界上的热流密度。 （D）已知物体边界上流体的温度与流速。
传热学实验指导书
《传热学》 实验指导书工程热物理教研室编 华北电力大学（北京） 二00六年九月
前言 1．实验总体目标 通过本实验，加深学生对传热学基本原理的理解，掌握相关的测量方法，熟练使用相关的测量仪表，培养学生分析问题、解决问题的能力。 ⒉适用专业 热能与动力工程、建筑环境与设备工程、核科学与核工程 ⒊先修课程 高等数学、大学物理 ⒋实验课时分配 ⒌实验环境（对实验室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求） 实验用器材及水电等齐全，布局合理，实验台满足2～3人一组，能够满足实验的要求。 在醒目的地方有实验原理的说明，便于教师讲解及学生熟悉实验的基本原理和方法。⒍实验总体要求 每一学期前两周下达实验教学任务，实验教师按照实验任务准备相应的实验设备，实验期间要求学生严格遵守实验室的各项规章制度。学生要提前预习实验内容，完成实验后按照规定格式写好实验报告，交给实验指导教师，实验指导教师根据实验课上的表现和实验报告给出成绩评定结果。 ⒎本实验的重点、难点及教学方法建议 传热学实验的重点是非稳态（准稳态）法测量材料导热性能实验、强迫对流单管外放热系数测定试验、热管换热器实验，这三个实验都是综合性实验，涉及到传热学的导热基本理论，单相对流换热，热边界层理论，相变换热理论，相似原理等方面的内容，实验仪器涉及到热电耦的使用及补偿方法，比托管的使用，电位差计的使用等等，需要学生对传热学的基本内容和基本概念有清楚的了解。 难点是准稳态法测量材料的热性能实验时的测量时间不好把握，单管外放热系数实验中实验数据的整理中存在着一些技巧，另外如何调节热管的加热功率使之得到更好的热管性能曲线也存在一些技巧。 教学方法：学生提前预习，做实验之前老师提问；学生仔细观察指导教师的演示；实验室对学生开放，一次没有做成功，或者想更好地掌握实验技巧的学生，可以跟指导教师预约时间另做。
上海理工大学高等传热学试题及答案
1.试求出圆柱坐标系的尺度系数，并由此导出圆柱坐标系中的导热微分方程。 2 .一无限大平板，初始温度为T 0；τ>0时，在x = 0表面处绝热；在x = L 表面以对流方式向温度为t f 的流体换热。试用分离变量法求出τ>0时平板的温度分布（常物性）。（需求出特征函数、超越方程的具体形式，范数（模）可用积分形式表示）。（15分） , 3.简述近似解析解——积分法中热层厚度δ的概念。 答：近似解析解：既有分析解的特征：得到的结果具有解析函数形式，又有近似解的特征：结果只能近似满足导热解问题。在有限的时间内，边界温度 的变化对于区域温度场的影响只是在某一有限的范围内，把这个有限的范围定义为热层厚度δ。 4.与单相固体导热相比，相变导热有什么特点 答：相变导热包含了相变和导热两种物理过程。相变导热的特点是 1.固、液两相之间存在着 移动的交界面。 2.两相交界面有潜热的释放（或吸收） | 对流部分（所需量和符号自己设定） 1 推导极坐标系下二维稳态导热微分方程。 2 已知绕流平板流动附面层微分方程为 y u y u V x u u 22??=??+??ν 取相似变量为： x u y νη∞ = x u f νψ∞= 写出问题的数学模型并求问题的相似解。 3 已知绕流平板流动换热的附面层能量积分方程为： ?=∞?? =-δ00)(y y t a dy t t u dx d 当Pr<<1时，写出问题的数学模型并求问题的近似积分解及平均Nu （取三次多项式）。 4 ] O x
5写出常热流圆管内热充分发展流动和换热问题的数学模型并求出速度和温度分布及Nu x.辐射 1．请推导出具有n个表面的净热流法壁面间辐射换热求解公式，并简要说明应用任一种数值方法的求解过程。 2．试推导介质辐射传递方程的微分形式和积分形式，要求表述出各个步骤和结果中各个相关量的含义。 3．根据光谱辐射强度表示下面各量：1）光谱定向辐射力；2）定向辐射力；3）光谱辐射力；4）辐射力；5）辐射热流量。要求写清各量的符号、单位。 4．说明下列术语（可用数学表达式）（每题4分） a)光学厚度 b)漫有色表面 c)? d)兰贝特余弦定律 e)光谱散射相函数 f)定向“灰”入射辐射
西安交通大学传热学大作业
《传热学》上机大作业 二维导热物体温度场的数值模拟 学校：西安交通大学 姓名：张晓璐 学号:10031133 班级：能动A06
一．问题（4-23） 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，形状和截面尺寸如下图所示，假设在垂直纸面方向冷空气和砖墙的温度变化很小，差别可以近似的予以忽略。在下列两种情况下计算：砖墙横截面上的温度分布；垂直于纸面方向上的每米长度上通过墙砖上的导热量。 第一种情况：内外壁分别维持在10C ?和30C ? 第二种情况：内外壁与流体发生对流传热，且有C t f ?=101， )/(2021k m W h ?=，C t f ?=302，)/(422k m W h ?=，K m W ?=/53.0λ
二．问题分析 1.控制方程 02222=??+??y t x t 2.边界条件 所研究物体关于横轴和纵轴对称，所以只研究四分之一即可，如下图： 对上图所示各边界： 边界1：由对称性可知：此边界绝热，0=w q 。 边界2：情况一：第一类边界条件 C t w ?=10 情况二：第三类边界条件
)()( 11f w w w t t h n t q -=??-=λ 边界3：情况一：第一类边界条件 C t w ?=30 情况二：第三类边界条件 )()( 22f w w w t t h n t q -=??-=λ 三：区域离散化及公式推导 如下图所示，用一系列和坐标抽平行的相互间隔cm 10的网格线将所示区域离散化，每个交点可以看做节点，该节点的温度近似看做节点所在区域的平均温度。利用热平衡法列出各个节点温度的代数方程。 第一种情况： 内部角点：
传热学实验
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束表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准数方程式； 3、学习测量风速、温度、热量的基本技能。 二、主要实验设备 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、实验管及其加热器、水银温度计、倾斜式微压计、皮托管、电位差计、功率表以及调压变压器等组成。 三、实验原理 根据相似理论，流体强制流过物体时的放热系数α与流体流速、物体几何参数、物体间的相对几何位置以及物性等的关系可用下列准数方程式描述： Pr)(Re,f Nu = 实验研究表明，空气横向流过管束表面时，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， n C Nu Re = 式中 C,n 均为常数，由实验确定， Nu ——努塞尔特准数 λ ad Nu = Re ——雷诺准数 v d ω= Re 上述各准则中，α——壁面平均对流换热系数[?2/m W ℃] d ——实验管外径，作为定性尺寸，[m] λ——空气导热系数，[?2/m W ℃] ω——空气流过实验管外最窄截面处流速，[m/s] ν——空气运动粘度，]/[2s m 定性温度：空气边界层平均温度)(2 1 f w m t t t +=。 式中：m t ——实验管壁面平均温度[℃]
f t ——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I 、电压 V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、微压计动压头h 。至于α和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，可得一组 Re 、Nu 值；改变空气流速，又得到一组数据，再得一组 Nu 、Re 值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 四、实验数据及处理结果 1.测试所得原始数据 表1测试数据表 2.数据分析与计算 ◆表2热电偶测管温度平均值 ◆已知管长L=450mm,管直径d=40mm ，求得管表面积为205655 .0m L d A =??=π ◆空气进出口的平均绝对温度[K]:K T T T f 15.273)(2 1 21++= ,（见表3）由差值法及查表可知，热电偶
哈工大-传热学虚拟仿真实验报告
哈工大-传热学虚拟仿真实验报告
Harbin Institute of Technology 传热学虚拟仿真实验报告 院系：能源科学与工程学院 班级：设计者： 学号： 指导教师：董士奎 设计时间：2016.11.7
传热学虚拟仿真实验报告 1 应用背景 数值热分析在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、以及日用家电等各个领域都有广泛的应用。 2 二维导热温度场的数值模拟 2.1 二维稳态导热实例 假设一用砖砌成的长方形截面的冷空气通道，其截面如图2.1所示，假设在垂直于纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化很小，可以近似地予以忽略。 图2.1一用砖砌成的长方形截面的冷空气通道截面 2.2二维数值模拟 基于模型的对称性，简化为如图所示的四分之一模
型。 图2.2 二维数值模拟 2.3 建立离散方程 此时对于内部节点，如图2.3： ,1,,1,,,1,,1=? ? - +??-+??-+??--++-x y t t x y t t y x t t y x t t j t j i j t j i j t j i j t j i λ λ λ λ 对于平直边界上的节点，如图2.4： 2 22,,1,,1,,,1=?+Φ??+??-+??-+??-? -+-w j i j t j i j t j i j t j i yq y x x y t t x y t t y x t t λλλ 对于外部和内部角点，如图2.5： 2 43220 2422,,,1,1,,1,,,1,,1,,,1=?+?+Φ??+??-+??-+??-+??-=?+?+Φ??+??-+??-?+-+-?--w n m n m n m n m n m n m n m n m n m w n m n m n m n m n m q y x y x y x t t x y t t x y t t y x t t q y x y x x y t t y x t t λλλλλλ
传热学-强迫对流实验指导书(2014)
《传热学》实验指导书 实验名称：强迫流动单管管外放热系数的测定 实验类型: 验证性实验 学 时：2 适用对象: 热动、集控、建环、新能源等专业 一、实验目的 1.该项实验涉及较多课程知识，测量参数多，如风速、功率、温度，可考查学生的综合能力。 2.测量空气横向流过单管表面的平均表面传热系数h ，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，了解对流放热的实验研究方法。 二、实验原理 根据相似理论，流体受迫外掠物体时的表面传热系数h 与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列准则方程式描述： ),(r e u P R f N = 实验研究表明，流体横掠单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式： m n r m n e um P CR N ?= 式中：m n c ,,均为常数，由实验确定 努谢尔特准则---um N m um hd N λ= ---em R 雷诺准则 m em d R νμ= ---rm P 普朗特准则 m n rm P αν=
上述各准则中--d 实验管外径，作定性尺寸(米) --μ流体流过实验管外最窄面处流速，（)/s m --λ流体导热系数（)/K m W ? --α流体导温系数)/(2s m --ν流体运动粘度)/(2s m --h 表面传热系数)/(2K m W ? 准则角码m 表示用流体边界层平均温度)(2 1 f w m t t t -= 作定性温度。 鉴于实验中流体为空气，rm P =0.7，故准则式可化成： n em um CR N = 本实验的任务在于确定n c 与的数值。首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、测试段动压P 。至于表面传热系数h 和流速μ在实验中无法直接测量，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查到。得到一组数据后，即可得一组e R 、u N 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组e R 、u N 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、实验管及其加热器、水银温度计、动压计、毕托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器组成。 由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管置于测速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。
传热学课程上机实习
传热学计算机实习指导书 本指导书是为配合本科生传热学课中计算机应用方面的教学而编写的。 应用计算机解决工程实际问题，是现代工程技术人员所必备的技能。在传热学课程中引入计算机实习的目的，是使学生初步掌握用计算机求解传热问题的技能，从而提高学生应用计算机解决工程实际问题的能力。 大量的传热问题能够用计算机求解。研究如何用计算机求解传热问题的专门知识数值传热学（或称计算传热学）已经发展成了传热学的一个分支学科。传热学课中所涉及的只是数值传热学的初步知识。因此，本次计算机实习也仅仅是作为数值传热学的入门。 本指导书给出了三个练习题及相应的算法。这三个练习题分别涉及了一维稳态导热、二维稳态导热和一维非稳态导热。要求学生在掌握问题的数值计算方法的基础上，独立编写计算机程序并用所编的程序计算出这三个练习题的数值结果。 1 练习题一：一维稳态导热的数值计算 1．1 物理问题 图1示出了一个等截面直肋，处于温度t ∞=80℃的流体中。肋表面与流休之间的对流换热系 数为h=45W/m 2. ℃，肋基处温度t w =300℃，肋端绝热。肋片由铝合金制成，其导热系数为λ=110W/m ℃，肋片厚度为δ=0.01m ，高度为H=0.1m 。试计算肋内的温度分布及肋的总换热量。 1． 2数学描述及其解析解 引入无量纲过余温度∞ ∞ --=t t t t w θ，则以无量纲温度θ描述的肋片导热微分方程及其边界条 件为: 0,1,002 2 2=??====-x H x x m dx d θθθθ (1-2) (1-1) (1-3)
其中A hp m λ= (其中符号含义与教科书杨世铭陶文铨编著《传热学》相同，以下同)。 上述数学模型的解析解为: ()()[]() ()()m H th t t m hp m H ch H x m ch t t t t w w ∞∞∞-= -? -=-φ (1-4) 按式(1-4)计算得到的在肋内各点的温度由表1给出。 1． 3 数值离散 1．3．1 区域离散 在对方程(1-1)~(1-3)进行数值离散之前,应首先进行计算区域的离散。计算区域的离散如图1所示，总节点数取N 。 1．3．2 微分方程的离散 由于方程(1-1)在计算区域内部处处成立，因而对图1所示的各离散点亦成立。对任一节点i 有： 0222=-???? ??i i m dx d θθ 用θ在节点i 的二阶差分代替θ在节点i 的二阶导数,得: 0222 1 1=-?+--+i i i i m x θθθθ 整理上式成迭代形式: ()112 221 -++?+= i i i x m θθθ (i=2,3,…,N-1) (1-5) 1．3．3 边界条件离散 上面得到的离散方程式(1-5)，对所有内部节点都成立，因此每个内部节点都可得出一个类似的方程。事实上，式(1-5)表达的是一个代数方程组。但这个方程组的个数少于未知数i θ (i=1,2, ……,N)的个数。因此，还需要根据边界条件补充进两个方程后代数方程组才封闭。左边界(x=0)为第一类边界条件，温度为已知，因此可以根据式(1-2)直接补充一个方程为： 11==-=∞w w t t θθ 右边界为第三类边界条件，由图1中边界节点N 的向后差分来代替式(1-3)中的导数，得： 01 =?--x N N θθ
西安交大传热学上机实验报告
传热学上机实验报告 二维导热物体温度场的数值模拟 学院：化工学院 姓名：沈佳磊 学号：2110307016 班级：装备11
一、物理问题 有一个用砖砌成的长方形截面的冷空气空道，其截面尺寸如下图所示，假设在垂直于纸面方向上冷空气及砖墙的温度变化很小，可以近似地予以忽略。 在下列两种情况下试计算： （1）砖墙横截面上的温度分布； （2）垂直于纸面方向的每米长度上通过砖墙的导热量。外矩形长为3.0m，宽为2.2m；内矩形长为2.0m，宽为1.2m。 第一种情况：内外壁分别均匀地维持在0℃及30℃； 第二种情况：内外表面均为第三类边界条件，且已知： 外壁：30℃，h1=10W/m2·℃, 内壁：10℃，h2= 4 W/m2·℃ 砖墙的导热系数λ=0.53 W/m·℃ 由于对称性，仅研究1/4部分即可。
二、数学描写 对于二维稳态导热问题，描写物体温度分布的微分方程为拉普拉斯方程 22220t t x x ??+=?? 这是描写实验情景的控制方程。 三、方程离散 用一系列与坐标轴平行的网格线把求解区域划分成许多子区域，以网格线的交点作为确定温度值的空间位置，即节点。每一个节点都可以看成是以它为中心的一个小区域的代表。由于对称性，仅研究1/4部分即可。依照实验时得点划分网格。 建立节点物理量的代数方程 对于内部节点，由?x=?y ，有 ,1,1,,1,11()4m n m n m n m n m n t t t t t +-+-=+++ 由于本实验为恒壁温，不涉及对流，故内角点，边界点代数方程与该式相同。 设立迭代初场，求解代数方程组 图中，除边界上各节点温度为已知且不变外，其余各节点均需建立类似3中的离散方程，构成一个封闭的代数方程组。以t ?=0°C 为场的初始温度，代入方程组迭代，直至相邻两次内外传热值之差小于0.01，认为已达到迭代收敛。 四、编程及结果 program main implicit none
传热学上海理工大学硕士研究生入学考试试题
2004年上海理工大学硕士研究生入学考试试题考试科目：传热学准考证号：得分： 一、问答题(每题5分) 1. 一无内热源平板沿厚度x方向发生一维稳态导热，其一侧表面上的温度梯度 =30 ℃/m，导热系数λ1=40W/(m.℃)，如果其另一侧表面上的导热系数λ2=50W/(m.℃)，问这一侧表面上的温度梯度是多少? 2. 解释毕渥准则数Bi的物理含义，并说明为什么用Bi判别非稳态导热问题能否采用集总参数法求解。 3. 图1.1示出了常物性、有均匀内热源、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用元体平衡法建立节点0关于温度t的有限差分方程式（设 ，所需参数的符号自己设定）。 4. 当条件相同时，物体在空气中冷却快还是在水中冷却快？这一现象说明对流换热与什么因素相关？ 5. 试用简图表示流体沿平板流动时速度边界层的发展并说明速度边界层内分成哪些区域？ 6. 试解释普朗特数Pr的物理意义,并示意性的画出Pr>1时的速度边界层和热边界层厚度沿板长的变化(速度边界层和热边界层要画在同一图上以便比较)。 7. 说明温度附面层的概念及附面层能量微分方程在物理上忽略了哪部分换热。 8. 在应用管内旺盛紊流实验关联式时，当流体与换热壁面温差较大时需要对计算结果修正，为什么? 9. 试说明为什么一个细长圆柱水平放置时自然对流换热一般大于竖直放置时的自然对流换热？ 10.在稳定膜态沸腾过程中，为什么换热系数随 增加而迅速上升？
11.试说明大气中CO2含量增高为什么会出现大气温室效应？ 二、计算题 1. （10分）一直径为5cm的钢球，其初始温度为500℃，突然被置于温度为 30℃的空气中。设钢球表面与周围环境的对流换热系数为10 W/m2℃，试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却到300℃所需的时间。已知钢球的比热为c=0.48kJ/kg℃, ρ=7753kg/m3, λ=33W/m℃。 2. （20分）长10m、外径133mm的水平管道通过一大房间，房间壁面及其内 的空气温度均为30℃。若管道表面温度为90℃、黑度为0.9，求管道的散 热量（自然对流换热的努塞尔特数用下式计算）。3. （22分）如图2所示为一半径R=1m的半球，球冠3绝热。底面1和2的 温度分别为500℃和100℃，黑度都为0.9，求底面1和2间的辐射散热量。 4. （23分）温度为95℃的热空气流经一内径100mm、厚度6mm的圆管，管 壁导热系数为22 W/m℃。管外环境温度为30℃，管外壁与环境的总换热系数为10 W/m2℃。若管内空气质量流量为407kg/h，求管出口空气温度降低到65℃时的管长(不需考虑修正)。 三、理论题 1.（8分）一厚度为2δ的无内热源薄平板，其导热系数和初始温度分别为 λ和t0，突然被插在温度为t f的流体中。平板表面与流体的换热系数为h，给出问题的完整数学描述。 2. （12分）绕流平板换热的附面层积分方程为： 平板温度为t W，来流速度和温度分别为u∞和t∞，若Pr<<1，可以忽略速
传热学实验指导书
《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；
传热学课程教学大纲
《传热学》教学大纲 课程名称：传热学课程编码：20511019 学时：58学分：4 开课学期：第五学期 课程类别：必修 课程性质：专业基础课 适用专业：建筑环境与设备工程专业本科生 先修课程：高等数学、大学物理、流体力学、工程热力学 一、课程的性质、目的与任务： 传热学是建筑环境与设备工程专业四年制本科的主要专业基础课。 该课在该专业的知识结构中是至关重要的。建筑环境与设备专业所研究解决的问题很大一部分是建筑物的温度、湿度问题。气候在变化，建筑物构件每时每刻都在传热；用以改变室内温湿度条件的技术手段中，采暖、空调，热源、冷源等等，大都以传热为主要的物理过程。因此学生传热学学得好坏，直接地影响学生的专业水平。 每门课一般都有丰富的内容和自己的体系。传热学作为有百年历史的老学科，内容极其丰富，也早已自成体系。但在课程建设中，如果每门课都片面、过份地强调把自己的课有科学的、系统的、完整的、严密的体系。则势必引起整个专业学时的不适当膨胀。正确的出发点应着力把整个专业知识结构设计成为一个科学的、系统的、完整的、严密的体系，所涉及的课程应服从整个体系的需要，在专业知识结构中起到恰如其分的作用。传热学是建筑环境与设备工程专业四年制本科的主要专业基础课。 二、课程的基本要求： 传热学内容的实质是三大守衡，即质量守衡，动量守衡与能量守衡；是自然界最基本的定律在热传递现象中的体现。用三大守衡的思想贯穿全篇，使学生掌握温度场与热流密度场的概念和三种基本传热方式的计算方法；使学生能够应用质量，动量与能量平衡的概念将研究对象的传热问题转化为数学模型，列出方程（含微分方程），对部分简单边界条件问题能够求出解析解；并能够应用运用有限差分法在计算机上求解一般的传热问题。 第一章一维稳态导热 平壁（含多层）、圆筒壁（含多层）、肋壁等一维稳态导热热阻公式，复合平壁按一维导热计算的近似热阻公式。 第二章导热理论基础 1、付立叶定律及与之相关的温度梯度、热流密度、导热系数的基本概念及其矢量与分量表达方式