固體材料導熱系數的測定實驗指導書

1、固體材料導熱系數的測定實驗指導書河南理工大學二0一二年七月固體材料導熱系數的測定實驗類型：綜合性實驗實驗學時：2實驗要求：必修實驗房間：安全樓520一、實驗目的1、鞏固和深化穩(wěn)定導熱過程的基本理論，學習用平板法測定固體材料導熱 系數的實驗方法和技能。2、測定實驗材料的導熱系數。3、確定實驗材料導熱系數與溫度的關系。二、實驗內容1、實驗材料的導熱系數的測定。2、實驗材料導熱系數與溫度的關系的確定。三、儀器設備穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導熱系數的實驗裝置如圖1所示。被試驗材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積為300 x300mm2，實際導熱 計算面積F為200 x200mm2，板的厚度為mm2，平板試件

2、分別被夾緊在加 熱器的上下熱面和上下水套的冷面之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面 都設有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片實現對上、下試件熱面的加熱， 而上下導熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水（或通過自來水）來實現的。在 中間200 x200mm2部位上安設的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能 夠全部單向通過上下兩個試件，并通過水套的冷水帶走，在主加熱器四周（即 200 x200mm 2之外的四側）設有四個輔助加熱器（14），利用專用的溫度跟蹤 控制器使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度一致，以免熱流量向旁 側散失。主加熱器的中心溫度t1（或t2）和水套冷面的中心溫度t

3、2（或t4）用四個熱電 偶（埋設在銅板上）來測量：輔助加熱器1和輔助加熱器2的熱面也分別設置兩個輔助電偶t和t （埋設在銅板的相應位置上），其中一個輔助電偶t （或t）接到 I ! I IJ 7711 11 】 。5。6I1-* IZS- HI II /I II - 1*/，/、！ I IJll 11】v /口溫度跟蹤控制器上，與主加熱器中心接來的主熱電偶t1 （或t2）的溫度訊號相比 較，通過跟蹤器使全部輔助加熱器都跟蹤到與主加熱器的溫度相一致。而在試驗 進行時，可以通過熱電偶t1（或t2）和熱電偶t3（或t4）測量出一個試件的兩個表面的 中心溫度。也可以再測量一個輔助電偶的溫度，以便與主熱

4、電偶的溫度相比較， 從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況。溫度是利用電位差計和轉換開關來測 量的，主加熱器的電功率可以用電功率表或電壓表和電流表來測量。附試驗臺主要參數1、試驗材料；2、試件外型尺寸：300 x300mm2；3、導熱計算面積F： 200 x200mm2（即主加熱器的面積）；4、試件厚度8：（實測）20mm；5、主加熱器電阻值：（實測）Q；6、輔加熱器（每個）電阻值：（實測）Q；7、熱電偶材料:PT100.1C；8、試件最高加熱溫度：80Co輔助加熱器3輔助加熱器2上水冷箱圖1試驗臺的電路聯(lián)結圖（用電位差計測溫未示出）四、所需耗材無。五、實驗原理、方法和手段導熱系數是表征材料導熱

5、能力的物理量。對于不同的材料，導熱系數是不同 的；對同一材料，導熱系數還會隨著溫度、壓力、濕度、物質的結構和重度等因 素而變異。各種材料的導熱系數都用試驗方法來測定，如果要分別考慮因素的影 響，就需要針對各種因素加以試驗，往往不能只在一種試驗設備上進行。穩(wěn)態(tài)平 板法是一種應用一維穩(wěn)態(tài)導熱過程的基本原理來測定材料導熱系數的方法，可以 用來進行導熱系數的測定試驗，測定材料的導熱系數及其和溫度的關系。試驗設備是根據在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的導熱量Q和平板兩面的溫差 t成正比，和平板的厚度6成正比，以及和導熱系數入成正比的關系來設計的。我們知道，通過薄壁平板（壁厚小于十分之一壁長和壁寬）的穩(wěn)定導熱量為

6、Q = ；* - Fw測定時，如果將平板兩面的溫差=、平板厚度5、垂直熱流方 向的導熱面積F和通過平板的熱流量Q測定以后，就可以根據下式得出導熱系 數：弓 Q，5人=W /（m OC）t F需要指出，上式所得的導熱系數是在當時的平均溫度下材料的導熱系數值， 此平均溫度為：1,、=2（tR +。）OC 在不用的溫度和溫差條件下測出相應的力值，然后將人值標在入一r坐標 圖內，就可以得出入=/（r）的關系曲線。六、實驗步驟1、將兩個平板試件仔細地安裝在加熱器的上下面，試件表面應與銅板嚴密 接觸，不應有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應在上面加壓一 定的重物，以使它們都能緊密接觸。2、聯(lián)接

7、和仔細檢查各接線電路。將主加熱器的兩個接線端用導線接至主加 熱器電源：而兩個輔助加熱器經兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路（實驗臺上已聯(lián)接 好），并按圖1所示聯(lián)接到輔助加熱器上。電壓表和電流表（或電功率表）應按 要求接入電路。將主熱電偶之一 t2 （或tj接到跟蹤控制器面板上左側的主熱電 偶接線柱上，而將輔助熱電偶之一 t5（或t6）接到跟蹤控制器上的相應接線柱上。 把主熱電偶t （或t ） 水套冷面熱電偶t （或t）和輔助熱電偶t （或t ）都接到熱電勺（弓 勺）、3（勺）刁1,（L&）偶轉換開關上，轉換開關與電位差計的“未知”相接。3、檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，各熱電偶是否正常完好，校正

8、 電位差計的零位。4、接通加熱器電源，并調節(jié)到合適的電壓，開始加溫，同時開啟溫度跟蹤 控制器。在加溫過程中，可通過各測溫點的測量來控制和了解加熱情況。開始時， 可先不啟動冷水泵，待試件的熱面溫度達到一定水平后，再啟動水泵（或接通自 來水），向上下水套通入冷卻水。試驗經過一段時間后，試件的熱面溫度和冷面 溫度開始趨于穩(wěn)定。在這個過程中可以適當調節(jié)主加熱器電源、輔助加熱器電源 的電壓，使其更快或更利于達到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以每隔一段 時間進行一次電功率W （或電壓V和電流I）讀數記錄和溫度測量，從而得到穩(wěn) 定的測試結果。5、一個工況試驗后，可以將設備調到另一工況，既調節(jié)主加熱器功率后

9、， 再按上述方法進行測試得到另外工況的穩(wěn)定測試結果。調節(jié)的電功率不宜過大， 一般在510W為宜。6、根據實驗要求，進行多次工況的測試。（工況以從低溫到高溫為宜）。7、測試結束后，先切斷加熱器電源，并關閉跟蹤器，經過10分鐘左右再關 閉水泵（或停放自來水）。七、實驗結果處理實驗數據取實驗進入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結果的平均值。導熱量 （即主加熱器的電功率）： TOC o 1-5 h z Q=W （或 IV）WW一主加熱器的電功率值WI一主加熱器的電流值AV一主加熱器的電壓值V由于設備為雙試件型，導熱量向上下兩個試件（試件1和試件2）傳導，所 以q=Q2= Q2 =事或=21 -y）W試件兩面的溫差：C At = t ttR一試件的熱面溫度（即t1或t2）CtL試件的冷面溫度（即t1或t2）C 平均溫度為C平均溫度為t時的導熱系數:W & I - V-6 人=(或2(tR -七)F2(tR -1)F將不同平均溫度下測定的材料導熱系數在人一t坐標中得出人一t的關系 曲線，并求出X= f （t）的關系式。八、實驗注意事項應注意試件表面應與銅板嚴密接觸，不應有空隙存在?？稍谠嚰?、加熱器和 水