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傳熱車間1熱流傳感器介紹
本系列研討會旨在幫助您了解傳熱和溫度。
溫度是大多數(shù)人測量的，但傳熱對工程同樣重要
應(yīng)用。車間使用熱電偶和熱通量傳感器的組合進(jìn)行測量
這兩個量同時存在。傳感器輸出由數(shù)據(jù)采集板（DAQ）讀取
其通過USB端口連接到膝上型計算機(jī)。在計算機(jī)上加載一個程序
以圖形方式顯示結(jié)果并提供控制面板。熱傳遞研討會2身體代謝介紹
任務(wù)：觀看有關(guān)熱量和溫度的介紹視頻
人體是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)器，其所有活動都使用新陳代謝。這個
它所產(chǎn)生和使用的能量最終必須離開身體，進(jìn)入環(huán)境中，或者
熱或功。與總能量相比，產(chǎn)生的凈功通常較小
產(chǎn)生。因此，直接測量“燃燒的卡路里”的一個指標(biāo)是來自空氣的凈熱傳遞
身體對環(huán)境的影響。
在本次研討會中，您面臨的挑戰(zhàn)是通過測量來估計您每天燃燒的卡路里
通過熱通量傳感器系統(tǒng)從身體傳遞的熱量。人體具有典型的
表面積為1.5至2.5平方米
，這取決于人的大小。一個常用的曲面估計公式
面積為
𝐴𝐴𝑠𝑠 = �𝑯𝑯 𝒎𝒎
𝑪𝑪𝟏𝟏
其中C1＝36kg/m
當(dāng)高度H為米，體重m為米時，面積以平方米為單位
公斤。
要進(jìn)行測量，只需將熱通量傳感器貼到身體的不同部位
暴露的皮膚和衣服下面。單面膠帶可用于傳感器頂部，或
傳感器和皮膚之間可以使用雙面膠帶。無論哪種情況，目標(biāo)都是創(chuàng)建
整個傳感器表面和皮膚之間的良好接觸為熱量提供了良好的通道
通過傳感器傳輸，如圖所示。如果引線
他們面朝外。檢查您是否正在測量正熱流。如果沒有，請翻轉(zhuǎn)傳感器。
顯示工作表上的值，并指出取值的位置。然后求平均值
溫度和熱通量值，并使用估計的身體面積來計算兩者中損失的總熱量
瓦特和卡路里每天。顯示您的所有工作和使用的公式。
注：一卡相當(dāng)于約4.2 kJ。
1英寸=0.0254米。
1磅＝0.454千克
熱傳遞研討會2身體代謝結(jié)果
名稱
你的挑戰(zhàn)是通過測量熱傳遞來估計你一天燃燒的卡路里
從你的身體和你的熱通量傳感器系統(tǒng)。用膠帶將熱通量傳感器粘到機(jī)器的不同部位
身體暴露在皮膚和衣服下面。顯示下面的值并指出它們的位置
被帶走了。然后平均溫度和熱通量，并使用您估計的身體面積來計算溫度
每天損失的總熱量（瓦特和卡路里）。顯示您的所有工作和使用的公式。
位置：暴露/未暴露表面溫度（ºC）qч（W/m2
)
1.
2.
3.
4.
平均的
估計的體表面積=
H=
m=
總q=
每天卡路里=
這個數(shù)值與你通常的卡路里攝入量相比如何？
如果存在差異，為什么會出現(xiàn)差異？
為什么當(dāng)皮膚暴露（未覆蓋）時，熱通量更高？
為什么皮膚暴露（未覆蓋）時表面溫度較低？
©2019年弗吉尼亞理工大學(xué)醫(yī)學(xué)系T.E.Diller
傳熱車間3翅片介紹
任務(wù)：看看翅片效率的定義，以及它與溫度的關(guān)系
在鰭中的分布。比較測量值和理論值。
在本車間中，您使用薄鋁片作為翅片，該翅片由薄膜供電
隨套件提供的加熱器。熱流計可用于測量總傳熱
提供給翅片。翅片效率對這種相對于翅片的實際傳熱有一個簡單的定義
如果整個散熱片處于基準(zhǔn)溫度，則會發(fā)生最大傳熱。
𝜂𝜂𝑓𝑓 = 𝒒𝒒𝒇𝒇
𝒉𝒉 𝑨𝑨𝒇𝒇(𝑻𝑻𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃 − 𝑻𝑻∞)
h是傳熱系數(shù)，Af是翅片的總表面積，qf是實際傳熱
從鰭上。Af=2 w L+2 t，其中w=寬度，L=距底座的長度，t=厚度。
圖1示出了沿翅片長度的典型溫度分布的示例。圖2是一個示意圖
安裝在加熱器和熱流傳感器上的鋁翅片圖片。
圖1樣品翅片溫度分布
直翅片的理論給出了如下翅片效率：
𝜂𝜂𝑓𝑓 = 譚(𝑚𝑚𝑚𝑚)
𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑤𝑤ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑚𝑚𝑓𝑓 = �ℎ (2𝑤𝑤 + 2.𝑡𝑡)
𝑘𝑘 𝑤𝑤 𝑡𝑡
根據(jù)傳熱系數(shù)h和翅片的熱導(dǎo)率k
雙曲正切函數(shù)是一種特殊的指數(shù)函數(shù)。這些值可以是
在一些計算器上確定或在線查詢。
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0 5 10
溫度（℃）
x距離（厘米）
圖2：安裝在傳感器頂部的散熱片
和加熱器
傳熱車間3翅片結(jié)果
名稱
您的挑戰(zhàn)是測量所提供翅片的傳熱并計算翅片
效率開始之前，測量散熱片的尺寸并記錄尺寸。如圖1所示
如圖所示，將加熱器放置在任何低電導(dǎo)率表面上，然后放置熱流計和小端
由薄鋁板制成。使用小木塊將所有這些固定到位。這種安排
將迫使來自加熱器的大部分功率通過加熱器
熱傳遞（q）是熱能隨時間的運動。典型的單位是瓦特，
與功率相同，功率是機(jī)械能隨時間變化的運動。熱流是熱
單位為瓦特/平方米。這類似于功率
密集它是通過一個薄而平的傳感器測量的，該傳感器封裝在一個塑料蓋中。它輸出一個
根據(jù)所提供的校準(zhǔn)，電壓（E）與熱通量成正比，
通常以微伏/瓦/平方米給出，𝑞𝑞” = 𝐸𝐸/𝑆𝑆. 計算機(jī)程序
當(dāng)提供傳感器的校準(zhǔn)值時，自動進(jìn)行此轉(zhuǎn)換。
為了測量溫度，提供了兩個熱電偶。一個作為熱流的一部分連接
傳感器另一組是一組單獨的導(dǎo)線，一端焊接在一起形成熱電偶
交叉路口熱電偶測量從該連接點到連接點的溫差
導(dǎo)線另一端的點。DAQ自動測量連接溫度和溫度
調(diào)整電壓輸出以給出絕對溫度值。
總之，這允許直接
兩個個體的測量
溫度和溫差。
熱傳遞由溫度驅(qū)動
差別總有一個來源
在較高溫度下的熱能
移動到較低位置的能量接收器
溫度因此，它是重要的
為了知道源和匯溫度
以及在工程中得到的熱通量
系統(tǒng)
熱流傳感器套件提供以下功能：
如圖1所示的組件。包括：
具有熱電偶的熱通量傳感器
第二個單獨的熱電偶，一個DAQ，一個
鋁片、鋁翅片，
一小塊木頭，一個薄加熱器
和一小塊布。這個
加熱器的設(shè)計目的是從DAQ獲取功率，為某些設(shè)備提供熱源
講習(xí)班。許多工作室將人體作為熱源，讓你感覺
測量結(jié)果時的熱過程。
為了進(jìn)行測量，將熱流傳感器置于熱源和散熱器之間。這
可以像一張桌子和你的手或手臂以及周圍的空氣一樣簡單。熱通量傳感器
可以用膠帶固定在一個表面上，也可以放置在兩個物體之間以將其固定到位。可以使用單面
傳感器頂部或雙面膠帶可用于傳感器和表面之間。在任一種情況下
在這種情況下，目標(biāo)是在整個傳感器和表面之間建立良好的接觸，以獲得良好的性能
閱讀
圖1熱通量傳感器套件組件
傳熱車間1介紹作業(yè)
名稱
1.觀看有關(guān)熱量和溫度的介紹視頻。
2.組裝您的系統(tǒng)。確保接線正確，如圖2所示
彩色電線很重要。從左側(cè)開始，前兩根導(dǎo)線是熱流傳感器（白色
然后是紅色）。接下來的兩根導(dǎo)線是熱電偶（藍(lán)色，然后是紅色）。接下來的兩個是第二個
熱電偶（藍(lán)色，然后是紅色）。加熱器的最后兩條導(dǎo)線都是黑色的。
3.確保計算機(jī)上安裝了正確的計算機(jī)程序。
4.將DAQ插入USB端口（至少2.0或更高版本）。
5.啟動程序。應(yīng)出現(xiàn)如圖3所示的屏幕。
6.撥動屏幕上的開關(guān)，以確保數(shù)據(jù)采集和加熱器均正常工作
工作紅色按鈕在操作時應(yīng)變?yōu)榫G色。
7.記錄從源到匯的熱流和傳感器溫度。請注意
熱流傳感器是定向的。在一個方向上，熱通量讀數(shù)應(yīng)為正值，如果傳感器為正值
翻轉(zhuǎn)輸出應(yīng)為負(fù)值。然而，熱電偶僅測量溫度
在一個位置。它沒有正值和負(fù)值。在所有情況下，如果導(dǎo)線斷裂或斷裂
如果斷開連接，輸出將非常大且無響應(yīng)。使用“保存”按鈕創(chuàng)建excel
文件該文件將有四列，以秒為單位開始，然后是以秒為中心的熱流
W/m2
，第三列是傳感器溫度（℃），第四列是第二溫度（℃）。
測量說明：
q”=T=
這些值是否符合您的預(yù)期（包括符號和方向）？
解釋原因。
圖2 DAQ布線圖。圖3計算機(jī)操作屏幕。
©2019 T.E.D |
