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1、中国石油大学传热学实验报告实验日期：2012-5-21成绩： 教师： 班级：石工09-10学号:09021452姓名:任婷 同组者:周霞实验一 Bi0.1 的物体在空气中的冷却规律一、实验目的1验证 Bi0.1 的物体在无限大介质中冷却时，温度只随时间变化，与空 间坐标无关。2测绘出铜柱在空气中冷却时的温降曲线并与理论计算结果比较。二、实验原理一个BivO.l的物体，初始温度为t0,突然置于温度为常数的无限大介质中 冷却，根据能量守恒定律，放出的热量应等于物体本身能量的减少，即：dthA（t -1 ）二一pcVgdi式中：h 物体表面与介质间的放热系数（W/（m2T）A 物体的表面积（m2）T
2、 冷却时间（分）t 介质温度（C）gc 物体比热（J/（kg C）P一物体的材料密度（kg/m3）V 物体的体积（m3）t 对应于T时刻的物体温度（C）（ 1）式积分可得：hA_ie p cV2)t-tt t0g2）式是在假定物体冷却时，物体内部各点温度相同的情况下推倒出来的，它表明，物体的温度只随时间变化，与空间坐标无关。这中求解方法称为集总热容法。本实验通过测定铜柱在空气中冷却时温度随时间的变化，验证上 述假设是正确的。做出铜柱的温降曲线并按（2）式计算结果做出温降曲线， 比较两者间的差别。三、实验设备2铜柱1 个3UJ36 型电位差计1 台4电热器（电炉）1 个5烧杯1 个6冰瓶1 个7
3、秒表1 只8切换开关1 个9量具、工具若干10镍铬-考铜热偶线若干四、实验方法 实验装置由铜柱，悬挂架和测量仪表组成。铜柱悬挂在支架上，以便放入 烧杯中加热或放在空气中冷却。用热电偶测量温度。热电偶和铜柱示意图如下 图 1-1,1-2 所示：实验时两人一组，自己焊接热电偶，连接测温线路。具体步骤如下： 1测出铜柱的有关数据，包括直径、高度、质量等。比热可从教材中查 出，密度由所测数据计算得到。2把热电偶焊接到铜柱上，并接好测温线路。为了交替测量柱中心和边 缘点的温度，要求把中心点和边缘点的热点偶焊接到切换开关上。3把铜柱置于烧杯中，加热至水沸腾至五分钟后，测量铜柱初始温度 t0 和室温 tf。
4、4迅速将铜柱从水中提出，同时按下秒表计时，并把铜柱上端积水用棉 纱吸干，关掉电热器（电炉），把烧杯移开。5按表 2-1 中要求的时间测量铜柱的温度（即测量热电势，然后查出温 度），中心点和边缘点交错测量。测量时要保证所测电势与时间一一对应。测 完后再测一次室温。6试验结束后把仪器恢复原状。7查出热电势对应的温度，记下所用铜柱的有关数据，室温取两次测量 的平均值。五、实验数据处理1实验装置简图（如下图 1-3）、铜柱数据，测试记录及对应的温度（以 表 2 1 的形式给出）。铜柱数据：直径 D=29.1 mm 高度 H=46.0mm体积 V =3.06X 10 5m3比热 c=0.461KJ/(K
5、gC)密度p =8930 Kg/m3导热系数入=398W/(mC)室温：22C表2-1测试记录表中 心 占 八、时间（分）02468222426283240热电势（mv）6.775.805.445.124.803.333.183.042.902.712.37温度（C）99.486.081. 076.572.050.748.646.544.441.636.5边 缘 占 八、时间（分）035721232527293141热电势（mv）6.775.565.224.923.413.263.102.982.872.762.34温度（C）99.482.777.973.651.949.848.045.644
6、.042.436.12在直角坐标纸上做出中心点和边缘点的温降曲线。温度 t 为纵坐标，时间T为横坐标。若试验结果正确，两条温降曲线应基本重合。图1-4物体在空气中冷却的温降曲线C时间/分度中心点*-边缘点3计算放热系数h。因为在整个冷却过程中h是变化的，不同时刻有不 同的值。而公式(2)中的h为平均值，所以在使用公式(2)是必须先求出h。求h可以有不同的方法。如取算术平均值，线性回归等。 线性回归的方法是： 对(2)式两边取自然对数：3)(4)1 t thAln= Tt tpcVo gln( t -1 ) = ln( t -1 ) - tg 0 g pcV因t, t , h, p, c, V均
7、为常数，a也作为常数，所以温度t只是时间t的 g函数。若令h =也bAy = ln t tg ,x =t(5)(6)t t0ghAb =pcV代入式(3)，则有:y=bx(7)(7)式即为线性回归方程式。把所测中心点的温度和对应的时间依次代入(5)式，可求出n组y、x值，用作图法计算出回归系数b,再由b求出h， 即：图1-5线性回归曲线时间/分+线性回归曲线线性（线性回归曲线）由线性回归曲线得 b=0.04097bpcV一 0.0409 x 8930 x 0.461 x 10-3 x 3.06 x 10-5h -A=931.24 W (m2 K)3.143.14 x 29.1 x 10-3 x
8、 46.0 x 10-3 + 2 xx 29.12 x 10-64hL4.检查B.数，分析中心点和边缘点的温降规律。B = 一 , h为铜柱表面1i九与空气间的平均放热系数，久为铜柱的导热系数，L为定型尺寸，L二匕3.06 x 10 -510L 一 A 一 3 14 一 5.5 x 10 -3 m3.14 x 29 .1 x 46 .0 x 10 -6 + 2 x x 29 .12 x 10 -64Bi=匕=851.05X5.5X0.001/398=0.0120.1M=0.05九5.把h代入（2）式，计算出与中心点对应时刻的温度并绘在同一张坐标图1-6物体在空气中冷却温度随时间变化图时间/分实
9、测中心点 -实测边缘点 理论曲线纸上，做出一条温降曲线比较，说明其差别及原因。差别及原因:理论曲线与实测曲线的变化规律相同，即在过程的开始阶段， 温度变化很快，随时间的延续，物体的温度变化逐渐减小。但理论上认为物体 内部的导热热阻不存在，由于物体内部导热热阻的存在，理论曲线在实测曲线 之上。六、实验总结通过此次实验，我得知了 Bi0.1 的物体在无限大介质中冷却时，温度只 随时间变化，与空间坐标无关。并测绘出铜柱在空气中冷却时的温降曲线，然 后与理论计算结果比较。实验过程中由于实验仪器的问题导致了部分实验数据 的缺失，幸好发现及时，并不太影响实验结果及数据处理。最后，十分感谢老 师的耐心指导！
