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通過實(shí)踐研討會探索傳熱概念。
移動實(shí)驗(yàn)室的傳熱
移動實(shí)驗(yàn)室的傳熱
熱流傳感器套件組件
我們?yōu)閷W(xué)生設(shè)計(jì)了一系列14個實(shí)踐講習(xí)班，作為傳熱課程的一部分。使用包括由任何筆記本電腦運(yùn)行的熱通量和溫度傳感器的套件，使這成為學(xué)生真正的移動實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)學(xué)生測量和解釋真實(shí)世界的熱事件時，熱通量的實(shí)時繪圖提高了他們的興趣。保存數(shù)據(jù)用于分析基本課程概念。該套件提供了廉價(jià)的實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)，無需專用實(shí)驗(yàn)室的成本和物流。下面列出了我們14個研討會的活動清單，以及每個研討會的摘要和完整細(xì)節(jié)。
我們在弗吉尼亞理工大學(xué)為超過500名機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生舉辦了實(shí)踐講習(xí)班，學(xué)生反應(yīng)熱烈。學(xué)生參與課程的增加非常令人鼓舞，尤其是對于那些通常不受傳熱課程激勵的學(xué)生。國家科學(xué)基金會主辦的初始實(shí)踐研討會的結(jié)果記錄在以下文件中：
Cirenza，C.F.，Diller，T.E.，和Williams，C.B.，“幫助學(xué)生理解傳熱概念的實(shí)踐研討會”，ASME傳熱雜志，第140卷，2018，092001，10頁。
車間1-傳感器系統(tǒng)介紹
車間1-傳感器系統(tǒng)介紹
這是一個簡單的練習(xí)，幫助學(xué)生理解作為物理量的熱傳遞（或熱通量）。它的設(shè)計(jì)目的是讓學(xué)生能夠輕松地理解他們之前的概念，在這種情況下，就是熱量食物攝入。通常的價(jià)值是，本研討會介紹了移動傳感器系統(tǒng)。檢查系統(tǒng)是否正常工作，數(shù)據(jù)是否保存到Excel文件中。強(qiáng)調(diào)了溫度和熱通量之間的差異以及應(yīng)測量的典型值。為什么熱流有正方向和負(fù)方向，而溫度只是一個標(biāo)量值？此外，傳熱過程通常是瞬態(tài)的，真實(shí)數(shù)據(jù)具有波動性。
研討會2-身體代謝
研討會2-身體代謝
這是一個簡單的練習(xí)，幫助學(xué)生理解作為物理量的熱傳遞（或熱通量）。它的設(shè)計(jì)目的是讓學(xué)生能夠輕松地理解他們之前的概念，在這種情況下，就是熱量食物攝入。通常的熱量是每天2000卡路里左右。此外，本研討會還讓學(xué)生進(jìn)行簡單的測量，讓學(xué)生熟悉熱流測量系統(tǒng)。問題包括探測表面熱流和溫度之間的差異。暴露在外的皮膚應(yīng)提供更高的熱通量，但溫度低于被衣服覆蓋時的溫度，因?yàn)橐路黾恿祟~外的隔熱效果。
車間3-散熱片
車間3-翅片切換
系統(tǒng)套件中包含一個鋁散熱片。當(dāng)與加熱器和熱流傳感器結(jié)合時，可以直接測量翅片的熱流。這樣就可以根據(jù)翅片的表面積計(jì)算翅片效率。這可以與理論相比較。然而，最重要的是，學(xué)生們有機(jī)會真正感受到從散熱片底部到尖端的溫度下降，從而了解散熱片的工作原理。
研討會4-瞬態(tài)集總電容法
研討會4-瞬態(tài)集總電容法
這個練習(xí)讓學(xué)生們有了一個真正的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由于熱通量傳感器允許直接測量傳遞系數(shù)，學(xué)生可以使用瞬態(tài)能量平衡和集總電容模型的常用指數(shù)解。溫度和熱流的實(shí)際曲線圖有助于他們看到熱量和溫度之間的對應(yīng)關(guān)系。他們還可以“感受”鋁溫度隨時間的變化，以與測量值相關(guān)。預(yù)測與實(shí)際數(shù)據(jù)之間的匹配使學(xué)生們將理論與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來。使用這種布料的原因是為了減緩反應(yīng)，使其更易于觀察。
車間5-熱阻
車間5-熱阻開關(guān)
本練習(xí)將半無限介質(zhì)中的瞬態(tài)傳熱與熱阻結(jié)合起來�；炷梁偷靥旱膶�(dǎo)熱系數(shù)相差一個數(shù)量級。這對產(chǎn)生的熱傳遞有很大影響，但對溫度變化的影響要小得多。隨著時間的增加，混凝土中的傳熱比地毯中的傳熱高得多。結(jié)果是，盡管混凝土和地毯的初始溫度基本相同，但混凝土“感覺”比地毯冷得多。或者，可以看出混凝土的熱阻比地毯的熱阻低得多。地毯的熱阻越高，傳熱越低，但溫度越高 |
