實(shí)驗(yàn)四：穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)四穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)保溫絕熱材料的熱導(dǎo)率入、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、鞏固和深化穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱進(jìn)程的大體理論，學(xué)習(xí)用平板法測(cè)絕熱材料熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方式和技 術(shù)2、測(cè)定實(shí)驗(yàn)材料的熱導(dǎo)率3、確信實(shí)驗(yàn)材料熱導(dǎo)率與溫度的轉(zhuǎn)變關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)原理熱導(dǎo)率是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對(duì)不同的材料，熱導(dǎo)率各不相同；對(duì)同種材料，熱導(dǎo) 率會(huì)隨溫度、壓力、含濕量、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和密度等因素而不同。各類材料的熱導(dǎo)率都是采納實(shí)驗(yàn) 方式來測(cè)定的，若是別離考慮不同因素的阻礙，就需要對(duì)各類因素加以實(shí)驗(yàn)，往往不能只在一種 實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行。穩(wěn)態(tài)平板法是應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱進(jìn)程的大體原理來測(cè)定材料熱導(dǎo)率的方式，能 夠用來測(cè)定材料的熱導(dǎo)率及其與溫度的轉(zhuǎn)變關(guān)系。實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2、是依照在一維穩(wěn)態(tài)情形下通過平板的導(dǎo)熱量Q和平板兩面的溫差A(yù)t成正比，與平 板的厚度成反比5,與熱導(dǎo)率入成正比的關(guān)系來設(shè)計(jì)的。由一維穩(wěn)態(tài)理論，通過薄壁平板(壁厚小于十分之一壁長與壁寬)的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱量為：Q = .A 竺y 5測(cè)試時(shí)，若是能夠測(cè)得平板兩面的溫差A(yù)t=tR-tL、平板厚度5、垂直熱流方向的導(dǎo)熱面積A 和通過平板的熱流量Q，即可依照下式計(jì)算得出熱導(dǎo)率入：W/m.C岸 5At A上式計(jì)算得出的熱導(dǎo)率是那時(shí)平均溫度下材料的熱導(dǎo)率值，此平均溫度為:C-1 z 、t = 2、+)_在不同的溫度和溫差條件下測(cè)出相應(yīng)的熱導(dǎo)率入，將入值標(biāo)在入一t坐標(biāo)圖內(nèi)，就可得出入 =f(t)的關(guān)系曲線。三、實(shí)驗(yàn)裝置

3、及測(cè)量儀表穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)絕熱材料熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1和圖2所示。被實(shí)驗(yàn)材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積300 x300mm2,實(shí)際導(dǎo)熱計(jì)算面積A為200 x200mm2，板的厚度為5 mm。平板試件被夾緊在加熱器的上下熱面和上下水套的冷面輔加熱器口下水套熱電偶 3冷卻水進(jìn)主熱電偶（下）1輔加熱器A主熱電偶（上）冷卻水進(jìn)匚匚輔加熱器出口（下）上水套熱電彳主加熱器”輔熱電傀Tft.輔熱電傀輔加熱器圖1實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體示用意（循環(huán)冷卻水的水箱與水泵未示出）之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片實(shí) 現(xiàn)對(duì)上、下試件熱面的加熱，上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻

4、水（或通以自來水）來 實(shí)現(xiàn)。中間200X200mm2部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為使主加熱器的熱量能全數(shù)單向通 過上下兩個(gè)試件，并通過水套的冷水帶走，在主加熱器周圍（即200X200mm2之外的四側(cè)）設(shè) 有四個(gè)輔助加熱器（1-4），利用專用的溫度跟蹤操縱器使主加熱器之外的周圍維持與中間主加熱 器的溫度一致，以避免熱量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度t1（或t2）和水套冷面中心溫度t3（或 t4）用四個(gè)熱電偶（埋設(shè)在銅板上）來測(cè)量；輔助加熱器1和輔加熱器2的熱面也別離設(shè)置兩個(gè)輔 熱電偶t5和t6 （埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上），其中一個(gè)輔熱電偶t5或t6接到溫度跟蹤操縱器上， 與主加熱器中心接來的主

5、熱電偶t2或t1的溫度信號(hào)比較，通過溫度跟蹤器使全數(shù)輔助加熱器都 跟蹤到與主加熱器的溫度相一致。而在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，能夠通過熱電偶t1 （或t2）和熱電偶t3（或 t4）測(cè)量出一個(gè)試件的兩個(gè)表面的中心溫度。也能夠再測(cè)量一個(gè)輔熱電偶的溫度，以便于主熱電 偶的溫度相較較，從而了解主、輔加熱器的操縱與跟蹤情形。溫度是利用數(shù)顯儀表和轉(zhuǎn)換開關(guān)來 測(cè)量的。主加熱器的電功率使用電功率表來測(cè)量。圖2實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電路聯(lián)圖附實(shí)驗(yàn)臺(tái)要緊參數(shù)實(shí)驗(yàn)材料：2.試件外型尺寸：300 x300mm將兩個(gè)平板試件認(rèn)真地安裝在加熱器的上下面，試件表面應(yīng)與銅板周密接觸，不該有 間隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應(yīng)在上面加壓必然的

6、重物，以使它 們都能緊密接觸。 聯(lián)接和認(rèn)真檢查各接線電路。將主加熱器的兩個(gè)接線端用導(dǎo)線接至主加熱器電源；而 四個(gè)輔助加熱器經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路（實(shí)驗(yàn)臺(tái)上己聯(lián)接好），并按圖2所示 聯(lián)接到輔加熱器電源上和跟蹤操縱器上。電壓表和電流表（或電功率表）應(yīng)按要求接 入電路。將主熱電偶之一 1 （或2 ）接到跟蹤操縱器面板上左側(cè)的主熱電偶接線柱上， 而將輔熱電偶之一 5 （或6 ）接到跟蹤操縱器上的相應(yīng)接線柱上。把主熱電偶1（或 2 ）、水套冷面熱電偶（或4 ）和輔熱電偶5 （或6 ）都接到熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān) 上，轉(zhuǎn)換開關(guān)與電位差計(jì)的“未知”相接。 導(dǎo)熱計(jì)算面積A： 200 x200mm2（即主加熱器的

7、面積） 試件厚度&（實(shí)測(cè)）主加熱器電阻值：Q 輔加熱器（每一個(gè)）電阻值：Q熱電偶材料：鎳鉻一鎳硅試件最高加熱溫度： 80C四、實(shí)驗(yàn)方式和步驟3、檢查冷卻水水泵及其通路可否正常工作，各熱電偶是不是正常完好，校正電位差計(jì)的 零位。4、接通加熱器電源，并調(diào)劑到合在的電壓，開始加溫，同時(shí)開啟溫度跟蹤操縱器。在加 溫進(jìn)程中，可通過各測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)量來操縱和了解加熱情形。開始時(shí)，可先不啟動(dòng)冷水 泵，待試件的熱面溫度達(dá)到必然水平后，再啟動(dòng)水泵（或接通自來水），向上下水套 通入冷卻水。實(shí)驗(yàn)通過一段時(shí)刻后，試件的熱面溫度和冷面溫度開始趨于穩(wěn)固。在這 進(jìn)程中能夠適當(dāng)調(diào)劑上加熱器電源、輔加熱器電源的電壓，使其更快或更利

8、于達(dá)到穩(wěn) 固狀態(tài)。待溫度大體穩(wěn)固后，就能夠夠每隔一段時(shí)刻進(jìn)行一次電功率W讀數(shù)記錄和溫 度測(cè)量，從而取得穩(wěn)固的測(cè)試結(jié)果。5、一個(gè)工況實(shí)驗(yàn)后，能夠?qū)⒃O(shè)備調(diào)到另一工況，即調(diào)劑主加熱器功率后，再按上述方式 進(jìn)行測(cè)試，取得另一工況的穩(wěn)固測(cè)試結(jié)果。調(diào)劑的電功率不宜過大，一樣在510w 為宜。6、依如實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行多次工況的測(cè)試。（工況以從低溫到高溫為宜）。7、測(cè)試終止后，先切斷加熱器電源，并關(guān)閉跟蹤器，通過10分鐘左右后再關(guān)閉水泵（或 停放自來水）。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取實(shí)驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)固狀態(tài)后的持續(xù)三次穩(wěn)固結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量（即主加熱器的電 功率）： TOC o 1-5 h z Q=W （或IV）WW一

9、主加熱器的電功率值WI 一主加熱器的電流值A(chǔ)V一主加熱器的電壓值V由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個(gè)試件（試件1和試件2）傳導(dǎo)，因此11.、1Q = Q2 = 2Q = w（或 =萬1 V）w試件兩面的溫差：z tR tCtR 一試件的熱面溫度（即t或t2 ） C tL 一試件的冷面溫度（即t3或t4 ） C 平均溫度為-1t 2（tR + tL）C平均溫度為t時(shí)的熱導(dǎo)率：將不同平均溫度下測(cè)定的材料熱導(dǎo)率在入一t坐標(biāo)中得出入一t的關(guān)系曲線，并求出入=f(t)的關(guān)系 式。六、實(shí)驗(yàn)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)報(bào)告舉例實(shí)驗(yàn)裝置電路連接圖1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路連接圖2、實(shí)驗(yàn)記錄試驗(yàn)材料試件外型尺寸試件導(dǎo)熱面積試件厚度8:聚氯

10、乙烯:300 X 300mm2:200X200 mm2 （即主加熱器面積）:15mm主加熱器電阻值：100Q輔加熱器電阻值：4 X 25Q熱電偶材料：鎳銘鎳硅注tR,tL為熱電偶用電位差計(jì)測(cè)出的毫伏數(shù)換算出的讀數(shù)溫度。實(shí)際溫度=讀數(shù)溫度+環(huán)境溫度實(shí)驗(yàn)記錄表測(cè)讀時(shí)間時(shí)分試件中心位置熱面溫度tRU)試件中心位置冷面溫度tl (C)At = t tR L(C):備注10： 00試驗(yàn)最后10： 30室溫 :11： 0022 C11： 30冷卻水12： 00溫：27 C12： 3013： 0013： 3014： 0014： 3015： 0015： 3016： 0016： 30163、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處置取實(shí)驗(yàn)記錄中最后四點(diǎn)穩(wěn)固的I