|
研討會#3-翅片介紹
任務：看看翅片效率的定義，以及它與翅片中溫度分布的關系。比較測量值和理論值。
在本車間中，您使用薄鋁片作為散熱片，該散熱片由套件附帶的薄膜加熱器供電。熱流計可用于測量提供給翅片的總傳熱。相對于整個翅片處于基準溫度時可能發生的最大傳熱，翅片效率對實際傳熱有一個簡單的定義。
h是傳熱系數，Af是翅片的總表面積，qf是翅片實際的傳熱。
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是安裝在加熱器和熱流傳感器上的鋁翅片的圖片。
直翅片的理論給出了如下翅片效率：
根據傳熱系數h和翅片的導熱系數k，雙曲正切函數（tanh）是一種特殊的指數函數。這些數值可以在一些計算器上確定或在線查詢。
研討會#3-Fin結果
您面臨的挑戰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。如圖所示，將加熱器放置在任何低電導率表面上，然后放置熱流計和薄鋁板的小端。使用小木塊將所有這些固定到位。這種布置將迫使來自加熱器的大部分功率通過熱流傳感器到達高導電性鋁板，然后耗散到空氣中。打開加熱器和數據采集系統。讓系統達到平衡，這可能需要五到十分鐘。當傳感器測得的溫度和熱通量接近恒定時，這一點就清楚了。記錄這些值。確保第二個熱電偶遠離室內的散熱片。
加熱器的尺寸為1英寸乘1.2英寸，其表面積為Ah=7.75 cm^2。將該面積與測量的熱流一起使用，以找到散熱片向空氣中耗散的總輸入熱傳遞，q=q“Af。翅片為鋁，其導熱系數為k=175 W/m-k。翅片的暴露表面將是長度乘以寬度的兩倍（忽略非常薄的邊緣）。因為輻射的影響可以近似地包含在傳熱系數中，所以將導言中所示的問題視為來自翅片的純對流和翅片中的傳導。最初，假設從翅片到空氣的總傳熱系數為h=15 W/m^2-K。
1.測量值：
熱通量，q”＝
傳感器溫度，Ts=
空氣溫度，T∞ =
翅片傳熱，q=
翅片寬度，w=
翅片長度，L=
翅片厚度，t=0.32 mm
鰭面積，Af=
翅片效率，ηf=
2.使用針對直翅片給出的方程將測量結果與理論進行比較：
mf=
mfL=
ηf=
3.這些值與測量值相比如何？
4.為了使理論和測量更好地匹配，什么是更合適的傳熱系數值？
瞬態集總電容介紹
具有瞬態溫度的系統的一個簡單模型是集總電容分析法。這通常適用于熱導率高的固體材料。人們經常想到將一塊金屬放入不同溫度的流體中，這會在熱流中產生階躍變化。然而，它不一定是流體。例如，你的手經常灌注良好，是一個很好的熱源。
學習傳熱課本中的集總電容法。繪制系統并對鋁塊應用瞬態能量平衡。重要的假設是，材料中的溫度在空間上是均勻的，而在時間上是變化的。顯示熱通量和溫度隨時間變化的代數解，從熱事件開始時開始，到鋁的初始溫度為Ti。
寫出符號解決方案：
鋁溫度作為時間T的函數=
鋁的表面熱流作為時間的函數，qı=U（Th–T）=
該過程的指數時間常數τau=
研討會#4-瞬態集總電容結果
使用套件中的鋁片，將熱流傳感器放在一側，然后將套件中提供的布包裹起來，以提供一些熱阻。首先使用雙手之間帶有自由熱電偶的DAQ記錄雙手的穩定溫度，然后重新啟動數據采集，并將帶有熱流傳感器的鋁片和布放在雙手之間。在金屬表面記錄傳感器的溫度和熱流約一分鐘。保存文件。根據測得的熱流和溫差，假設您的手保持與先前測得的相同的恒定溫度，計算每次的總傳熱系數。將值繪制為時間的函數，并取平均值，U=
鋁塊的質量約為14克，尺寸為2英寸。增加1.25英寸。1/8英寸。認為計算與手接觸的側面的相應表面積，
表面積，As=
將這些值與鋁的特性（C=900 J/kg-K）和平均傳熱系數U一起使用，以計算時間常數τau=
然后使用該時間常數和上一頁集中電容模型的理論解來預測溫度和熱流。繪制這些預測值和測量曲線，并進行比較。附上三個曲線圖（預測和測量溫度、預測和測量熱通量以及傳遞系數U）。
1.發現總傳遞系數隨時間的變化有多大？
2.為什么U的值實際上不是常數？
3.基于計算的時間常數和初始溫差的預測溫度曲線與測量曲線的匹配程度如何？
4.基于時間常數、平均傳熱系數和初始溫差的預測熱流曲線與實驗值的匹配程度如何？
5.在測試期間，金屬件感覺如何，隨時間變化？
5.用手指感覺翅片上的溫度分布。它符合你的期望嗎？ |
