第03讲热流幻灯片.pptVIP

热损失修正 在很多情况下，不能做到没有热损失或没有办法避免热损失时，就必须对实验结果进行热损失修正。 修正的关键是分析热损失的影响因素，然后进行预备性热损失试验，确定热损失修正曲线或关系式，在正式的实验中，用热损失修正曲线（或关系式）去修正所得的实验结果。 热损失修正 端损失的处理 稳态热流计 基本原理：Fourier导热定律 结构形式：辅壁式、镶嵌式 测量方法： 用一已知导热系数和厚度的平板材料作为热流传感器，测量该平板两侧面的温度，通过计算得出通过该平板的热流。 存在缺点： 测量精度不高，一定程度上破坏了实验的物理模型。 稳态热流计 辅壁式热流计 稳态热流计 镶嵌式热流计 多用于 高温壁面 热流的测量 特点：高温壁面测量，结实耐用。严重缺点：热流计嵌入破坏了温度场的连续性，由于感受部的冷却使温度低于周围被测壁温度，所以测量热流值偏高。 实验传热学 热流及热损失 概述 热流是传热学中重要的物理量，热流测量难度大，至今仍没有一个理想的成品热流计来测量固体表面热流，而在瞬态传热实验中，热流测量更加困难。目前，所有的热流均是算出来的，因此热流测量就成为了实验传热学特有的热门课题。 本章主要内容：各种加热方式及热损失修正 。 稳态与非稳态传热 稳态传热实验：在整个实验的有效时间内，与过程有关的各参数与时间无关。 优点：有充分的时间进行测量记录和观察，对测量设备的频响要求低，测量结果精确容易进行误差分析。 缺点：实验周期长，费用高，不易维持热稳定。 瞬态传热实验：在实验的有效时间内，与过程有关的某些参数将随时间变化，即传热过程是非稳态的。 优点：运行时间短，费用低，消耗少，取得数据迅速。 缺点：技术复杂，需要高频响的传感器，自动化的高速数采系统等。 动态参数测量的简要介绍 所谓响应时间短的传感器和仪表，是指传感器和仪表对迅速变化的被测物理量能在短的时间内正确的感受到，并能即时地转变为一定的输出信号。 下面以热电偶为例进一步解释响应时间的概念，初温为T0的热电偶突然置于Tf的气流中，热电偶热结点的温度按下式变化： 将上式用图线表示，其横坐标为 ，则为 弛豫时间时间常数 动态参数测量的简要介绍 由图可见，当时间等于4倍的时间常数时，其测量误差已小于1%。在瞬态实验测量中，这种特性具有重要意义。 电加热及其测量 在传热实验中，采用电加热方式是最常见的加热方式，其主要有以下特点。 易于传输 测量准确 调节方便 容易得到 电加热及其测量 电加热器负载的选择—功率匹配问题 如一变压器，输出额定电压220V，额定电流10A，则额定加热功率为2200W，这时要合理设计加热电阻。 若R=1Ω，则I=10A， V=10V，W=100W； 若R=220Ω，则V=220V，I=1A，W=220W。 最佳电阻R=V/I=220/10=22Ω。 均未达到额定功率 电加热及其测量 直接加热 间接加热 试件本身作为加热器 加热器与被研究的放热表面分开 配合喷涂技术 配合均热装置 电加热及其测量 交流加热与直流加热 交流加热可直接取得电能，变压器方便调节但加热稳定性和热流均匀性受电网稳定性影响，而直流加热则需大功率可控硅整流设备或交直流发电机供电，虽加热稳定但设备昂贵、复杂。即便如此，在某些情况下，直流加热方式仍有其独特优势并成为常用的加热手段。 但要注意负载和供电电源的关系。 下面具体讨论两种加热手段的优缺点。 交流加热与直流加热 直接加热时，交、直流加热对热电偶测量的影响 如果把热电偶直接焊接在电加热表面上，这时在热电偶的热节点上除了存在由于温度引起的热电势 外，还会附加由于热电偶在加热表面上得到的跨步电压 。若采用交流加热，则跨步电压为一正弦波，从而严重影响测量结果； 若采用直流加热，电流一定时附加电压也为定值，可采取正反接线两次测量并取平均值的办法来消除附加电压。 交流加热与直流加热 直接交流加热时，换热表面热惯性的作用 交流电压和电流的周期性导致了加热热流的周期性。若加热带较厚，热惯性较大，此时加热表面可近似作常热流处理；但对于薄板，由于热惯性小，换热表面热流和温度的周期变化是明显的，而瞬态实验正是利用了这种性质进行的，但在稳态实验中应尽量避免。 交流加热与直流加热 集肤效应的影响—非均匀加热源 （当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过，这种现象叫集肤效应 ） 交流感应的影响—电磁屏蔽 电加热及其测量 电加热模型的换热边界条件 一般地，均匀等厚的加热板加热单位长度上的加热量是不变的，因此电加热模型满足等热流边界条件，即q=常数 ； 由于加热板的电阻是温度的函数R=R0（1+TC