实验三 裸管和绝热管传热实验 一、实验目的 蒸汽管道置于空间时，管表面由于自然对流和热辐射向周围空间散发出热量。这种传热现象造成蒸汽输送管道的热损失，反之，在日常生活中的暖气设备却利用这种传热过程进行室内取暖。前者为了减少热损失，应尽量抑制传热过程；后者却需设法强化这种热量传递过程。 研究蒸汽管道向周围无限空间的热量传递过程，有着很大的实际意义。无论在理论上或实验上，许多学者都进行过大量的研究。但是，对这种传热过程规律性的认识，主要还是依靠实验研究。 为了抑制蒸汽管道的热损失，需研究各种绝热保温的方法和绝热性能良好的保温材料，这种研究也是基于实验观察和测量。 本实验采用一组垂直安装的蒸汽管，其中有裸蒸汽管、固体材料保温的蒸汽管和空气或真空夹层保温的蒸汽管，实验测定这三种蒸汽管的热损失速度、裸蒸汽管向周围无限空间的给热系数、固体保温材料的导热系数和空气（或真空）夹层保温管的等效导热系数。通过实验加深对传热过程基本原理的理解，进而掌握解决机理复杂的传热过程的实验研究和数据处理方法。 二、实验原理 1．裸蒸汽管 如图1 所示，当蒸汽管外壁温度Tw 高于周围空间温度Ta 时，管外壁将以对流和辐射两种方式向周围空间传递热量。在周围空间无强制对流的状况下，当传热过程达到定常状态时，管外壁以对流方式给出热量的速率为 Qc = αcA w (Tw －Ta) (1) 式中：Aw — 裸蒸汽管外壁总给热面积，m2； αc － 管外壁向周围无限空间自然对流时的给热系数，W · m – 2 · K– 1。 管外壁以辐射方式给出热量的速率为 ])100()100[(4a4wwRTTACQ (2) 式中：C － 总辐射系数； φ － 角系数。 若将(2)式表达为与(1)式类同的形式，则(2)式可改写为 QR = αRAw (Tw－Ta) (3) 图1 裸蒸汽管外壁向空间 给热的温度分布 对比(2)(3)两式可得 aw4a4wR])100()100[(TTTTC (4) 式中αR 称为管外壁向周围无向空间辐射的给热系数，W · m – 2 · K– 1。 因此，管外壁向周围空间因自然对流和辐射两种方式传递的总给热速率为 Q = Qc + QR (5) Q = (αc + αR) Aw (Tw－Ta) (6) 令α = αc + αR，则裸蒸汽管向周围无限空间散热时的总给热速率方程可简化表达为 Q = α Aw (Tw－Ta) (7) 式中α 称为壁面向周围无限空间散热时的总给热系数，W · m – 2 · K– 1。它可表征在定常给热过程中，当...
