冶金传输原理实验报告(传热学)
传热学实验报告
传热学实验报告传热学实验报告摘要：本实验通过研究传热学的基本原理和实验方法，探究了不同材料的导热性能和热传导规律。
通过实验数据的分析和处理，得出了一系列结论，对于进一步研究传热学提供了重要的参考。
引言：传热学作为热力学的一个重要分支，研究了热能在物质之间传递的规律和过程。
在工程领域中，传热学的应用非常广泛，例如热交换器、散热器等设备的设计和优化都需要依靠传热学的理论和实验研究。
本实验旨在通过实验手段，深入了解传热学的基本原理和实验方法，并通过实验数据的分析和处理，得出一些有价值的结论。
实验方法：1. 实验仪器和材料的准备本实验所需的仪器包括导热仪、温度计等，实验材料包括不同导热性能的物体，如金属、塑料等。
2. 实验步骤(1) 将不同材料的样品放置在导热仪的传热面上，并确保与传热面接触良好。
(2) 打开导热仪，记录下初始温度。
(3) 记录下不同时间间隔内的温度变化，并计算出相应的传热速率。
(4) 将实验数据整理并进行分析。
实验结果与讨论：通过实验数据的分析，我们得出了以下几个结论：1. 不同材料的导热性能存在明显差异。
在实验中，我们发现金属材料的导热性能要远远高于塑料等非金属材料。
这是因为金属材料中的自由电子能够在材料内部快速传递热能，而非金属材料中的分子结构则限制了热能的传导速度。
2. 传热速率与温度差成正比。
根据实验数据的分析，我们发现传热速率与传热面和环境之间的温度差成正比。
这是因为温度差越大，热能的传递速度越快。
3. 传热速率与传热面积成正比。
我们还观察到传热速率与传热面积成正比的规律。
这是因为传热面积越大，热能的传递面积也就越大，传热速率也就越快。
结论：通过本次实验，我们深入了解了传热学的基本原理和实验方法。
通过实验数据的分析和处理，我们得出了一系列结论，对于进一步研究传热学提供了重要的参考。
在实际应用中，我们应根据不同的工程需求，选择合适的材料和设计合理的传热面积，以提高传热效率和节约能源。
冶金传输原理传热学-第一章
（9） 两黑体表面间的辐射换热
A (T14 T24 )
T1
T2
4 T1
图1－7
T24
q12 (T14 T24 )
两黑体表面间的辐射换热
例
•
题
1-2
一根水平放置的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 mm，外表面实测平
均温度及空气温度分别为
外表面的发射率
定律有：
t
t w1
q dx
0
tw 2
tw1
dt q
tw1 tw2
dx
dt (q ) dx
Q
tw2
dt
t w1
q
t w2
0
x
q
t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Q Φ
t w1 t w 2
A
关于几个问题的讨论
1、传输现象的本质是什么？ 2、冶金过程中的传输现象？ 3、动量传输与热量传输有联系吗？ 4、你对热量传输的直观认识如何？
第一章 绪 论
§1-0 概 述
1. 传热学（Heat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法
稳态过程通过串联环节的热 流量相同。
3 、传热过程的计算
针对稳态的传热过程，即 Φ=const 传热环节有三种情况，则其热流量的表达式 如下：
Ah1 t f 1 t w 1 A
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算（最新版）目录一、材料加工冶金传输原理1.动量传输2.热量传输3.质量传输二、自然对流传热的计算1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算三、应用实例1.材料加工中的应用2.冶金工程中的应用正文一、材料加工冶金传输原理在材料加工和冶金工程中，动量、热量和质量的传输是非常重要的过程。
动量传输指的是流体流动过程中，动量在流体中的传递和分布。
热量传输则是指热量在流体中的传递和分布，通过传热过程，可以实现流体温度的变化和热量的传递。
质量传输是指在流体中，质量的传递和分布，可以实现流体组成和浓度的变化。
动量、热量和质量的传输过程是相互关联的，它们在材料加工和冶金工程中起着重要的作用。
例如，在钢铁冶炼过程中，需要通过热量传输实现钢铁的熔化和凝固，同时需要通过动量传输和质量传输实现钢铁成分的均匀分布和调控。
二、自然对流传热的计算自然对流传热是一种常见的传热方式，它主要依赖于流体的自然对流和湍流。
在自然对流传热中，流体的温度差会导致流体的密度差，从而产生自然对流。
自然对流传热在空气冷却式冷凝器、散热器等设备中有着广泛的应用。
对于自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算，可以采用一种比较简单的近似传热计算方法。
这种方法主要考虑了流体的自然对流和湍流，可以较为准确地预测冷凝器的传热效果。
强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算则需要考虑流体的强制通风和湍流。
通过传热计算，可以优化冷凝器的结构和设计，提高冷凝器的传热效率。
三、应用实例材料加工和冶金工程中的动量、热量和质量传输原理，在实际应用中具有广泛的应用。
例如，在钢铁冶炼过程中，通过控制流体的动量、热量和质量传输，可以实现钢铁的熔化、凝固和成分调控。
在铝合金铸造过程中，通过控制流体的动量、热量和质量传输，可以实现铝合金的熔化、凝固和组织调控。
自然对流传热在空气冷却式冷凝器和散热器等设备中的应用，可以提高设备的传热效率，降低设备的能耗。
材料冶金传输原理
动量传输：在垂直于流体实际流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移；热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移；质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移；产生的原因：系统内部分别存在速度、温度和浓度梯度。
研究的方法：理论分析、数值计算、实验总结。
连续介质模型的目的：将反映宏观流体的各种物理量视为空间坐标的连续函数，可引用连续函数的解析方法来研究流体处于平衡和运动状态下的各物理参数间的数量关系。
流体的粘性：两相邻流体层发生相对运动时，在其接触面上存在一对等值反向的作用力，即快层对慢层的拖动力和慢层对快层的阻力（内摩檫力），流体的这种性质称流体的粘性。
流体及其特性（指液体与气体的共性和区别）；能够自由流动的物体，统称流体，如液体和气体。
共同特征：1.分子间的引力较小2.只能承受压力，不能承受拉力和切力；3.对缓慢变形不显示阻力，因此不存在静摩檫力。
区别：液体：具有一定的体积；有自由表面；不可压缩气体：体积不定；无自由表面；可以压缩粘性及其影响因素（温度、压力分别对液体、气体的影响）。
温度：液体：随温度的升高，粘度下降；气体：随温度的升高，粘度上升；压力：都升高质量力与表面力：1.作用于流体的质点或微元体的质量中心上,且与质量成正比的力。
2.作用于流体或分离体的表面上，且与表面积成正比的力。
静压力及其特性：总是沿作用面的内法线方向；大小与方位无关；等压面及其特性：静止流体中压力相等的各点组成的面（平面或曲面）。
（1）作用于静止流体中的任意一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面；(2)两种流体处于平衡状态（静止）时，其相互接触且互不相混的流体的分界面必然是等压面；(3)流体只受重力作用时，等压面为平面；当有其它质量力存在时，等压面才可能是曲面。
绝压、表压、真空度：总压力:解决平面、曲面上液体压力问题；（压力体概念）流场、流线与迹线、稳定流与非稳定流：流场：充满运动流体的“空间”。
迹线：流场中流体质点在一段时间内运动的轨迹、流线：流场中流体质点的速度向量所构成的连线。
冶金传输原理
第二节
一维稳态导热
稳态导热是指热传导物体内温度场不随时间变化的导热过程。 一维稳态导热即温度仅沿一个方向发生变化。 常见的一维稳态导热有大平板、长圆筒、球壁等几何形状规则物 体的导热问题。 解决方法： 傅里叶导热定律 导热微分方程 直接积分法
•平壁导热 1.单层平壁导热 由傅里叶定律：
温度梯度
温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度。
T n
稳态传热和非稳态传热 稳态温度场下发生的传热过程称为稳态传热。
特点：以导热为例，发生稳态传热时物体各处温度不随时间变化，物体不吸热， 也不放热，物体的热焓量不变，没有热量的蓄积，仅起到导热的作用，同时物体 的导热量为常数。
辐射
物体依靠电磁波的发射与吸收传递能量的过程称为辐射。 热辐射是由热引起的物体内部的分子、原子或离子振动或电子激动而发 射的辐射能，并以电磁波的形式向空间传播。 自然界中各物体不停地向空间发射热辐射，同时不断地吸收其他物体发 出的热辐射，这种发射与吸收的综合效果就构成了物体间的辐射传热。 当某一物体与周围环境达到热平衡时，辐射换热热量等于零，处于动 态平衡状态，但发射与吸收过程仍在进行。 特点：①不需要物体或质点的直接接触，可以在真空中传播； ②不仅发生能量转移，而且还伴有能量形式的转化，即发射时能 量转换为辐射能，而吸收时又将辐射能转化为热能。
n
•曲壁导热
1.圆筒壁导热
单层圆筒壁导热热量计算公式：
T1 T2 Q r2 1 ln 2L r1
多层圆筒壁导热热量计算公式：
T1 Tn 1 Q 1 n 1 ri 1 ln r 2L i 1 i i
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算
材料加工冶金传输原理自然对流传热的计算（原创实用版）目录一、材料加工冶金传输原理1.动量传输2.热量传输3.质量传输二、自然对流传热的计算1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算正文一、材料加工冶金传输原理在材料加工和冶金工程中，流体流动、传热和传质过程是重要的环节，它们对整个工艺过程的产生和影响不容忽视。
为了更好地理解和掌握这些过程，我们需要从动量、热量和质量传输的角度进行深入研究。
1.动量传输动量传输是指流体在运动过程中，由于流速和压力的变化导致动量的传递。
在材料加工和冶金工程中，动量传输通常涉及到流体的输送和混合过程，以及流体与固体颗粒之间的作用力。
2.热量传输热量传输是指热量从高温区域向低温区域传递的过程。
在材料加工和冶金工程中，热量传输主要包括热传导、热对流和热辐射三种方式。
其中，热对流是指由于流体的流动导致热量的传递过程。
3.质量传输质量传输是指物质在流体中传递的过程。
在材料加工和冶金工程中，质量传输通常涉及到溶质、悬浮颗粒和气泡等在流体中的传递和分离过程。
二、自然对流传热的计算在制冷装置中，自然对流空气冷却式冷凝器和强制通风空气冷却式冷凝器是两种常见的传热设备。
下面分别介绍它们的传热计算方法。
1.自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算自然对流空气冷却式冷凝器的传热计算通常采用牛顿冷却定律和热传导定律相结合的方法。
首先，需要确定冷凝器的热负荷和传热系数；其次，根据冷凝器的结构和材料，计算出冷凝器的热传导阻力和热容；最后，利用牛顿冷却定律计算出冷凝器的传热速率。
2.强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算强制通风空气冷却式冷凝器的传热计算通常采用对流传热公式进行计算。
首先，需要确定冷凝器的热负荷和传热系数；其次，根据冷凝器的结构和材料，计算出冷凝器的对流换热系数；最后，利用对流传热公式计算出冷凝器的传热速率。
南昌大学冶金传输原理
流体：能够流动的物体，不能保持一定的形状，而且有流动性脉动现象：在足够的时间内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象水力粗糙管：管壁加速湍流，增加了流体流动阻力，这类管称为水力粗糙管牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体湍流：液体流动时，各质点在不同方向上做复杂无规则运动，相互干扰的运动，流线：在同一瞬间，流场中连续不同位置质点的流动方向线流管：在流场内取任意封闭曲线，通过该曲线上每一点，作流线，组成的管状封闭曲面，称流管边界层：流体通过固体表面流动时，在紧靠固体表面形成速度梯度大的流体薄层称边界层非稳定流：如果流场的运动参数不仅随位置变化，又随时间不同而变化，这种流体就称为非稳定流稳定流：如果运动参数只随位置变化而与时间无关，这种流动就称为稳定流迹线：同一质点在不同时间的运动轨迹水头损失：单位质量（或单位体积）流体的能量损失，称为水头损失或压力损失沿程阻力：沿流动路程上各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力局部阻力：流体在流动中因局部障碍而产生的阻力称局部阻力脉动速度：脉动的真实速度与时均速度的差值时均化原则:在某一足够长时间段内以平均值的速度流经一微小有效断面积的流体体积，应该等于在同一时间段内以真实的有脉动的速度流经同一微小有效断面积的流体体积。
热传导：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为热传导对流：流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺杂所引起的热量传递方式 热辐射：物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射等温面：物体在同一瞬间相同温度各点连成的面称为等温面温度梯度：温度场中任意一点沿等温法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度 热扩散率：热扩散率与热导率λ成正比，与物体的密度ρ和比热容c 成反比。
，表征了物体内热量传输的能力对流换热：流体流过固体表面时对流和导热联合起作用的方式黑体：吸收率为1的物体为绝对黑体灰体：物体的单色吸收率与波长无关，这种假想的物体称之为灰体辐射力的单位：物体向外界发射的辐射能量用辐射力表示角系数：表面一发射出的辐射能落到表面2的百分数称为表面1对表面二的角系数雷诺数：表示了惯性力和粘性力的比值流束：在流管内取一微小曲面dA,通过dA 上每一点作流线，这族流线叫做流束 二维稳态导热：稳态导热的温度分布将是两个空间坐标的函数，称为二维稳态导热吸收率：；；；普朗克定律：揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律，即黑体单色辐射力(),b E f x T λ=的具体函数形式，根据量子理论导得的普朗克定律有如下数学表达式2511b C T C E e λλλ-=-斯蒂芬-波尔兹曼定律：在热辐射的分析计算中，确定黑体的辐射力是至关重要的，将普朗克定律式代入0d E E λλ∞=⋅⎰，积分的结果就得到著名的斯蒂芬-波尔兹曼定律4b b E T σ= 基尔霍夫定律：提示了物体的辐射力与吸收率之间的理论关系，任何物体的辐射力与它来自同温度黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下的黑体辐射力1212b E E E E ααα==⋯== 维恩位移定律：对应于单色辐射力的波长λm 与热力学温度T 之间存在着如下的关系；λm T =2.8976×10−3 m∙K,表达的波长λm 与温度成反比的规律，称为维恩位移定律投入辐射：单位时间内投射到表面单位面积上的总辐射能被称为投入辐射记为G 有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射记为J 角形系数：砂粒实际比表面积/球形砂粒理论比表面积之比流体具有哪些物理性质？压缩性，膨胀性，密度，粘度。
冶金传输原理实验指导书
实验1：雷诺实验一、实验目的1. 观察流体流动的各种形态。
2. 测定流体流动形态与雷诺数的关系。
3. 观察层流时管道断面流速分布。
二、实验原理流体的流动状态分为层流和湍流。
雷诺数Re udρμ=是判断其状态的基本依据。
流动状态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。
通常，将湍流转变为层流的雷诺数为2300，而层流转变为湍流的雷诺数为4000。
因此，当Re<2300时，流动呈层流。
当Re>4000时，流动呈湍流。
当2300<Re<4000时，流动形态可能使层流，也可能使湍流。
但即使是层流，也是不稳定的，稍有振动即变为湍流，对于圆管有压流动，当Re<2300时为层流，当Re>2300-4000时流动状态逐渐转变为湍流。
平均流速u 由体积流量和有效截面面积求出，其中流量V s 用体积法测出，即在t 时间内流入计量水箱中流体的体积V ，则：体积流量：s V V t=；有效截面面积：24πd A =；平均流速：s V u A=式中：A —管路的横截面积； d —管路直径； u —流速；μ—水的动力粘度。
三、实验装置 见图2。
四、实验步骤1. 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H 不变。
2. 缓慢开启阀门11，使玻璃管中水稳定流动，并开启墨盒阀门，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。
3. 调节阀门11使流量增大，直至有色流束在管内开始波动，呈现波浪状，但不与周围水流相混。
4. 继续增大流量，有色流束抖动剧烈并向周围扩散，开始与周围水掺混在一起，整个管内水流质点杂论无章，呈现出湍流状态。
5. 调节使流量逐渐变小，观察上述步骤2-4的相反过程。
6. 关闭墨盒阀门，待管内水流清澈后关闭阀门11，然后开启一下墨盒阀门，注入少量有色水使管内水流局部被染色。
再缓慢开启阀门11，让管内为层流流动。
图2 雷诺实验装置图1.水箱及潜水泵2.上水管3. 溢流管4. 电源5.整流栅6.溢流板7.墨盒8. 墨针9. 实验管11. 调节阀12. 计量水箱13. 回水管14实验桌五、实验报告1.实验目的、实验原理。
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课程编号：03402720
课程名称：冶金传输原理
冶金传输原理实验报告
（传热学）
Speciality________________
Class ___________________
Order number_______________
Name __________________
实验一 粉末或散装材料导热系数测定实验报告
测量数据记录：
2.the power of the electric heater (it is the heat transfer quantity)电加热器功率（亦即传热量）
the current （电流）： =I （A ） the voltage （电压降）： =V （V ） 3.the material of the experiment （实验材料）：
Ⅱ. Data reduction （数据整理）
The temperature of the outer wall of the small ball
（小球外壁温度）：
The temperature of the inner wall of the big ball
（大球内壁温度）：
The heat transfer quantity （传热量）： ==IV Q w
Ⅲ. The result of the experiment （数据整理）：
1、 实 验 结 果 ， 的 导 热 系 数
coefficient =-=2
19952
.0w w t t Q
λ C m w o ⋅/
2. when compare it with the theoretical value, the comparing result is:
与 理 论 值 相 比 较 结 果 是：
TestTwo To measure the guideline equation and the mean convection heat transfer coefficient when the air vertically sweeps along the single-pipe
实验二 空气横掠单管时平均对流换热系数及准则方程式测定实验
Ⅰ.To record the measuring data.（测量数据记录） 1.the size of the model ：（试件尺寸） the outer diameter （外径）： D = m, the effective length （有效长度）： L= 0.1m. the area of dissipation （散热面积）：==DL A π m 2. 2.the atmospheric temperature （大气温度）：=f t o C, the corresponding thermo emf （大气温度对应热电势）：)0,(f t E = mV , the atmosphere density (we refer to the table from f
t ).
大气密度（用f t 查表得）=ρ kg/m 3.
3.the measured value in every operation condition.
Ⅲ. The result of the experiment （实验结果） 1.from ：（根据）
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+∑∑∑∑∑=====10
1101101
1011012
10i i i i i i i i i i i y b x n y x x b x n ⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧--=--=→∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑)(10)())(())(()(10)()(10))((22222i i i i i i i i i i i i i x x x y x y x b x x y x y x n we get （解出得）⎩⎨⎧=
=
n C (C b ln =)
2. we get the guideline equation is （得出的准则方程是）：
Test Three To measure the angle factor from the infinitesimal
element surface dA 1 to the finite surface A 2
实验三 微圆表面dA 1到有限表面A 2的角系数测定实验报告
Ⅰ.To record the measuring data.（测量数据记录）
（计算角系数时数据）： the size of a, b, c in the Fig 4 of the experiment guide book . （实验指导书图中a 、b 、c 尺寸）： a = mm ； b = mm, c = mm.
b a
x =
= ; b
c y == . Ⅱ. Data reduction an
d th
e result o
f the experiment （数据整理及结果）
1. 2
21
R A F sp
A dA π=
-= ；
2.)1
1(212212212
1
y
x tg y x y y tg F A dA ++-=
---π= ； Ⅲ. To compare the measured angle factor with theoretical angle factor,
and analyses their fitting and the reason of it.
对测得的角系数和理论算出的角系数值进行比较，并对两者吻合情况和原因进行分析。