(整理)穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)

精品文檔精品文檔穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)?zāi)康撵柟毯蜕罨€(wěn)定導(dǎo)熱過程的基本理論，學(xué)習(xí)用平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法和技能。測定試驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。確定試驗(yàn)材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)原理導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對于不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是不同的對同一材料，導(dǎo)熱系數(shù)還會隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和重度等因素而變異。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)都用試驗(yàn)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(yàn)，往往不能只在一種試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行。穩(wěn)態(tài)平板法是一種應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的基本原理來測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，可以用來進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測定試驗(yàn)，測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。試驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的導(dǎo)熱量Q和平板兩面的溫差A(yù)t成正比，和平板的厚度6成正比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)入成正比的關(guān)系來設(shè)計(jì)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(dǎo)熱八九A量為Q二&°At*F[w]測定時(shí)，如果將平板兩面的溫差A(yù)t二tR-tL、平板厚度5、垂直熱流方向的RL導(dǎo)熱面積F和通過平板的熱流量Q測定以后，就可以根據(jù)下式得出導(dǎo)熱系數(shù)：Q*Q*5At?FW/(m*°C)需要指出，上式所得的導(dǎo)熱系數(shù)是在當(dāng)時(shí)的平均溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，此平均溫度為：t=(t+1)2RL[°C]在不同的溫度和溫差條件下測出相應(yīng)的九值，然后將九值標(biāo)在九-『坐標(biāo)圖內(nèi)，就可以得出九=f(t)的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)裝置及測量儀表穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗(yàn)裝置如圖1和圖2所示。被試驗(yàn)材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積為300X300[mm2],實(shí)際導(dǎo)熱計(jì)算面積F為200X200[mm2]，板的厚度為（實(shí)測）[mm2]，平板試件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(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片來實(shí)現(xiàn)對上、下試件熱面的加熱，而上下導(dǎo)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(shí)現(xiàn)的。在中間200X200[mm2]部位上安設(shè)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200X200[mm2]之外的四側(cè)）設(shè)有四個輔助加熱器，測試時(shí)控制使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度-（或t2）和水套冷面的中心溫度t3（或t4）用四個鎳鉻-康銅熱電偶埋設(shè)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(shè)置兩個輔助鎳鉻-康銅熱電偶t5和t6（埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上）。其中輔助熱電偶t5（或t6）接到溫度巡檢儀上，與主加熱器中心的主熱電偶t1（或t2）的溫度相比較，通過跟蹤調(diào)節(jié)使全部輔助加熱器都跟蹤與主加熱器的溫度相一致。而在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，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熱電偶的溫度，以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況。溫度是利用萬能信號輸入8電巡檢儀測量的，主加熱器的電功率可以用直流穩(wěn)壓電源的電壓表和電流表來測量。Q=IU（W）注：本試驗(yàn)臺的外圍應(yīng)有保溫材料，以免熱量向周圍散失過多；試件安裝到位后關(guān)閉左右保溫門。電控柜價(jià)格很高，應(yīng)引起注意。配套的平板導(dǎo)熱儀軟件，該軟件界面友好，可以在界面上直接顯示各個熱電偶的溫度，熱流功率，還可以直接計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)加以顯示。對于水冷箱，若是用自來水直接冷卻，則可以直接接上自來水管，但是經(jīng)加熱后的水若是直接排入下水道，會造成很大的浪費(fèi)。因此，建議在本平板導(dǎo)熱儀的下部加一水箱，用以盛水，再配套加一小水泵。水泵從水箱取水，然后流經(jīng)水冷箱，經(jīng)加熱后的水再回到水箱，此水箱不用保溫，最好用鐵制容器，散熱性能好。-二水凈箱M2T.j輔助加熱器I阿加敲搭'■/-二水凈箱M2T.j輔助加熱器I阿加敲搭'■/主林總輔助加熱器4IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII俯押脛圖1試驗(yàn)臺（平板導(dǎo)熱儀）結(jié)構(gòu)示意圖[附]試驗(yàn)臺主要參數(shù)試驗(yàn)材料：試件外型尺寸：270X270[mm2]導(dǎo)熱計(jì)算面積F:200X200[mm2]（即主加熱器的面積）4?試件厚度6:（實(shí)測）主加熱器電阻值：100Q輔加熱器（每個）電阻值：4X25Q熱電偶：E型試件最高加熱溫度：W80C9..主加熱器電壓直流0—50V,電流0—2A（可調(diào)）10．輔助加熱器電壓直流0—50V，電流0—2A（可調(diào)）實(shí)驗(yàn)方法和步驟1.將兩個平板試件仔細(xì)地安裝在加熱器的上下面，試件表面應(yīng)與銅板嚴(yán)密接觸，不應(yīng)有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應(yīng)在上面加壓一定的重物，或用自動控制壓緊裝置壓緊，以使它們都能緊密接觸。BE3BE3v-BE3BE3v-口口-1A■lBU□W日日日日O0曲曲EJ3?@O圖2試驗(yàn)臺（平板導(dǎo)熱儀）面板電路聯(lián)結(jié)圖聯(lián)接和仔細(xì)檢查各接線電路。將主加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的主加熱器電源接線端子上：而兩個輔助加熱器是經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)組成的串聯(lián)電路（實(shí)驗(yàn)臺上已聯(lián)接好），同樣將輔助加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的輔助加熱器電源接線端子上。電壓表和電流表（或電功率表）應(yīng)按要求接入電路。將測溫?zé)犭娕紅]、t2、t3、t4、t5、t6、的導(dǎo)線接到配電箱對應(yīng)的接線端子上。關(guān)閉主、輔加熱電源開關(guān)及水泵開關(guān)；打開總電源開關(guān)。并檢查各熱電阻信號（溫度）是否正常（基本一致）。打開水泵開關(guān)，檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，調(diào)節(jié)水閥門開度應(yīng)盡量一致。接通主加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合適的電壓（建議由低至高間隔5V或10V逐漸分段加熱），開始加溫，然后開啟輔助加熱電源使加溫電壓與主加熱器電壓接近一段時(shí)間后，觀察輔助加熱面的溫度是否與主加熱面的溫度一致，然后適當(dāng)調(diào)整輔助加熱器的電壓（高則降低、低則增加）來跟蹤調(diào)整使主、輔加熱溫度相一致。在加溫過程中，可通過各測溫點(diǎn)的測量值來控制和了解加熱情況。開始時(shí)，可先不啟動冷水泵，待試件的熱面溫度達(dá)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(yàn)經(jīng)過一段時(shí)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(dāng)調(diào)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(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次電功率W（或電壓V和電流I）讀數(shù)記錄和溫度測量，從而得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。一個工況試驗(yàn)后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，既調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進(jìn)行測試得到另一工況的穩(wěn)定測試結(jié)果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過大，一般在5~10W為宜。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行多次工況的測試。（工況以從低溫到高溫為宜）。測試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，經(jīng)過10分鐘左右再關(guān)閉水泵（或停放自來水）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取實(shí)驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量（即主加熱器的電功率）：Q=W（或I?V）[W]W—主加熱器的電功率值[W]

I—主加熱器的電流值[A]V—主加熱器的電壓值[V]由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個試件（試件1和試件2）傳導(dǎo)，所以q廣q廣Q=導(dǎo)或=21-V)[W]試件兩面的溫差：[°C][°C][°C][w/[°C][°C][°C][w/m-°C]RLtR—試件的熱面溫度（即t1或t2）tL—試件的冷面溫度（即t1或t2）平均溫度為[°C]平均溫度為t時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù):TOC\o"1-5"\h\zW-8I-V-8、(或)2(t—t)F2(t—t)FRLRL將不同平均溫度下測定的材料導(dǎo)熱系數(shù)在九—t坐標(biāo)中得出九—t的關(guān)系曲線,并求出九二f（t）的關(guān)系式。附:巡檢儀設(shè)置控制參數(shù)（一級參數(shù)）設(shè)定按Set鍵大于5秒符號名稱設(shè)定數(shù)值A(chǔ)T1通道顯示時(shí)間AT1=3AA斷線報(bào)警AA=0CLK設(shè)定參數(shù)禁鎖CLK=132其它不設(shè)二級參數(shù)設(shè)定CLK=132后同時(shí)按Set鍵和▲鍵30秒進(jìn)入，按Set鍵依次設(shè)置

符號名稱設(shè)定數(shù)值測試范圍傳感器類型傳感器用途DE儀表設(shè)備號4或不設(shè)BT通訊波特率不設(shè)-n1第1通道開0E型熱電偶T］溫度-n2第2通道開0E型熱電偶t2溫度-n3第3通道開0E型熱電偶t3溫度-n4第4通道開0E型熱電偶t4溫度-n5第5通道開0E型熱電偶T5溫度-n6第6通道開0E型熱電偶T6溫度-n7一n16第7-16通道關(guān)閉-1第1、2、3、4、5、6通道二級參數(shù)設(shè)置：按SET鍵，在PV視窗顯示CLK，SV視窗顯示132的情況下，同時(shí)按下SET鍵和▲鍵30秒，進(jìn)入二級參數(shù)設(shè)定：DE儀表設(shè)備編號4也可不設(shè)1SL0輸入分度號03E型熱電偶1SL1小數(shù)點(diǎn)01SL2無01SL3無01SL4無01-Pb零點(diǎn)遷移根據(jù)情況1KKK量程放大倍數(shù)根據(jù)情況其它不設(shè)穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（例題）一.試驗(yàn)裝置電路聯(lián)接圖二.試驗(yàn)記錄試驗(yàn)材料：聚氯乙烯試件外型尺寸：270X270mm2試件導(dǎo)熱面積：200X200mm2(即主加熱器面積)試件厚度6:20mm主加熱器電阻值：100Q輔加熱器電阻值：4X25Q測溫原件：熱電偶實(shí)驗(yàn)記錄表測讀時(shí)間時(shí)分試件中心位置熱面溫度tR(J試件中心位置冷面溫度tl(°C)△t(tR-tl)(°C)Q(W)備注9:6026.217.410:3031.518.510:6037.619.311:3039.920.211:6043.121.212:3046.722.3試驗(yàn)取后的室溫:22°C,冷卻水溫:17°C12:6047.322.913:3048.823.013:6049.523.314:3051.723.914:6051.924.415:3052.224.615:6052.524.81616:6053.125.016三.實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理2At-F取實(shí)驗(yàn)記錄中最后四點(diǎn)穩(wěn)定的和值，計(jì)算出它們的平均值：TOC\o"1-5"\h\z51.9+52.2+52.5+53.1““小t==52.4OCR424.4+24.6+24.8+25.0’—t==24.7OCL4冷，熱面的溫差A(yù)t二52.4-24.7二27.7°C16x0.02cc九二二0.144[W/mC]2x27.7x0.04鎳鉻-銅鎳（鏮銅）熱電偶（E型）溫度-微伏對照表MVMVMVMVMVMVMVMVMVMV溫01234567890059118176235194354413472532105916517117708308909501010107111312011921252131313731434149515561617167817403018011862192419862047210921712233229523574024202482254526072670273327952858292129845030483111317432383301336534293492355636206036583749381338773942400640714136420042657043304395446045264591465647224788485349198049855051511751835249531553825448551455819056485714578158485915598260496117618462511006319638664546522659066586725679468626930第二節(jié)球體法測定保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理測定顆粒材料的導(dǎo)熱系數(shù)。由同心等溫?zé)崆蛎妫ㄖ睆?，溫度）和冷球面（直徑，溫度）圍成的空間裝滿“均勻”試材，球的中心部位裝有電熱器，全中熱量均通過兩球中間顆粒材料夾層而傳至外界，利用球圖3-2-1球壁導(dǎo)熱裝置1—內(nèi)球；圖3-2-1球壁導(dǎo)熱裝置1—內(nèi)球；2—外球；3—實(shí)驗(yàn)材料；4—直流穩(wěn)壓電源—測溫?zé)犭娕季?Q（d2-〃1）2兀dld2（t1-12）（3-2-1）式中，Q熱流量，W；入——試材的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m°C）d1內(nèi)球的外徑（熱球面），mm；d]——外球殼的內(nèi)徑（冷球面）