用球體法測量導(dǎo)熱系數(shù)試驗

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模具設(shè)計與制造專業(yè)“熱工序?qū)W基礎(chǔ)〞

用球體法測量導(dǎo)熱系數(shù)試驗指導(dǎo)書

姓名：高金朝準(zhǔn)考證號：020230100253完成時間：2023.09.28

用球體法測量導(dǎo)熱系數(shù)試驗

一、試驗?zāi)康?/p>

1、學(xué)習(xí)用球體法測定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。2、了解溫度測量過程及溫度傳感元件。

二、試驗原理

球體法就是應(yīng)用沿球球壁半徑方向一維導(dǎo)熱的基本原理，測定顆粒纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗方法。在兩個同心的圓球所組成的夾層中，放入顆?；蚶w維狀材料,粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)可通過球體導(dǎo)熱儀測定。如圖1—1所示。由均質(zhì)粒狀材料填充而成的球壁，內(nèi)外直徑分別為d11及d（半2徑r1及r2），它的內(nèi)外表面溫度等于t1和t2，內(nèi)球直徑為dl=60mm，外球直徑為d2=200mm，并維持不變。由于在不大的溫度范圍內(nèi)大多數(shù)工程材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系，均可按直線關(guān)系處理，則將傅利葉定律用于此球壁導(dǎo)熱問題。如圖7—1的邊

界條件積分可得到熱流量計算式:???d1d2?m(t1?t2)（1—1）????（1—2）

?d1d2(t1?t2)12?m?式中：

δ—球壁厚度δ=(d2?d1)；λm—球壁材料在tm?t1?t2時的導(dǎo)熱系數(shù)。2

圖7—1球殼導(dǎo)熱過程

因此，只要維持內(nèi)外球壁溫度均勻穩(wěn)定，已知球壁半徑d1和d2，測出內(nèi)外球壁表面溫度t1和t2，即可由式（1—2）算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)λm當(dāng)試驗進(jìn)行到穩(wěn)態(tài)時，由傅立葉定律，通過夾層的導(dǎo)熱量：

從上式可以看出，只要在試驗進(jìn)行到穩(wěn)態(tài)的狀況下，通過測出內(nèi)球發(fā)出的熱量及通過熱電偶測出的內(nèi)、外球表面的溫度，從而就可以計算出來λ。試驗所

2

用熱電偶為分度號K鎳鉻鎳鉻熱電偶,其溫度電勢關(guān)系式為：t=0.0505x+24.062x+0.704℃，(x為測溫電勢值)。從上式還可以看出，若改變通過材料的熱量，則內(nèi)球球壁面的溫度作相應(yīng)的變化，從而使材料處于另一加熱狀態(tài)，這樣

就可以在不同的平均溫度下t=(t1+t2)/2測出試材的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系也就不難確定了。三、試驗設(shè)備

如圖7—2所示，試驗設(shè)備組成包括：球體導(dǎo)熱儀本體、試驗臺手動測試系統(tǒng)、計算機(jī)測量系統(tǒng)、數(shù)字儀表測量系統(tǒng)。球體導(dǎo)熱儀本體是兩個球殼同心套裝在一起，內(nèi)球殼外徑為d1，外球殼內(nèi)徑為d2，在兩球殼之間填充試驗粒狀材料，熱量由裝入內(nèi)球殼中的球`形電加熱器加熱得到。熱量穿過內(nèi)球球壁和被測材料到外球殼，外球殼通過自然空氣對流方式進(jìn)行冷卻。每個球殼布置上下兩個溫度測點，取其平均值作為球殼溫度。球體法便于測定各種散狀物料（如沙子、礦渣、石灰等）的導(dǎo)熱系數(shù)。手動測試系統(tǒng)通過試驗臺操作完成手動測量數(shù)據(jù)，其中，功率測量由電壓表和電流表檢測得到，溫度測量由電位差計檢測得到。計算機(jī)測量系統(tǒng)通過計算機(jī)運行監(jiān)測主畫面，實時顯示試驗測量數(shù)據(jù)，并計算得到導(dǎo)熱系數(shù)的測量值等。數(shù)字儀表測量系統(tǒng)通過數(shù)字儀表機(jī)柜，直接測量得到球壁溫度值和熱流功率值。四、試驗方法及試驗數(shù)據(jù)1.2.3.4.5.6.

確認(rèn)所在試驗臺上電壓表、電流表工作量程及指針讀數(shù)單位換算。將試驗材料烘干，并按一定的容量裝入球內(nèi)。連接并檢查線路系統(tǒng)。

調(diào)電接點溫度計的磁帽至所需的溫度值。學(xué)會用電位差計測量熱電偶信號操作要領(lǐng)。

估計熱球所需的加熱功率（熱、冷面的溫差應(yīng)大于10℃），并按此范圍調(diào)理穩(wěn)壓電源后不再變動，熱電偶冷端放入冰筒內(nèi)（0℃）。

7.觀測系統(tǒng)的變化，待到達(dá)穩(wěn)態(tài)時用電位差計測出內(nèi)、外球壁面（t1,t2）的熱電勢，并同時記錄下加熱的電壓與電流值。改變加熱功率，切換轉(zhuǎn)換開關(guān)，重復(fù)做6、7;測取不同△T狀況下的λ值,記錄4個溫度測量點數(shù)據(jù)；讀表得到電壓、電流數(shù)據(jù)。將試驗數(shù)據(jù)記錄在表7-1中。

～220V銅—康銅熱電偶3#調(diào)(變)壓器轉(zhuǎn)換開關(guān)1#加熱絲VA4#2#冰點桶電位差計E圖7—2球體導(dǎo)熱儀試驗裝置原理結(jié)構(gòu)圖試驗數(shù)據(jù)整理

完成表7-1、表7-2的試驗數(shù)據(jù)記錄、計算及整理工作。

六、試驗報告

1.結(jié)合課堂講授的理論及試驗內(nèi)容，學(xué)生要提供自編的試驗報告書。2.學(xué)生要根據(jù)自己所進(jìn)行的試驗獨立認(rèn)真地撰寫試驗報告。要求字跡工整、數(shù)據(jù)確鑿、觀測現(xiàn)象的文字描述層次明了并應(yīng)結(jié)合理論教學(xué)中的知識對試驗結(jié)果給出分析和評價。

七、思考題

1．簡述用球體法測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)缺點？

2．假使安裝內(nèi)外球殼時略有偏心，導(dǎo)熱系數(shù)的測定是否會受到影響？為什么3．試說明懸掛在空中的試驗球體，外球殼表面的換熱方式？假使球殼表面有空氣流動或有陽光照射，對導(dǎo)熱系數(shù)的測量有沒有影響？為什么？

表7-1試驗測量數(shù)據(jù)記錄

記錄人：同組人：時間：試驗參數(shù)試驗數(shù)據(jù)試驗臺內(nèi)球殼溫度外球殼溫度球試材名稱內(nèi)上t1－1內(nèi)下t1－2外上t2－1外下t2－2殼mvmvmvmv溫容重℃℃℃℃度內(nèi)平均溫度t1=外平均球溫度t2=外球直徑tm=(t1+t2)/2=加熱電壓U電流I(A)功率??Q?U?I(W)功率(V)內(nèi)球直徑環(huán)境溫度導(dǎo)熱系λtm=(w/m·℃)數(shù)

表7-2試驗測量數(shù)據(jù)匯總

臺試材測試試驗數(shù)據(jù)號法導(dǎo)熱系數(shù)?％*內(nèi)外球均溫加熱功率導(dǎo)熱系數(shù)測量誤差tmλ?1粒手動臺狀測珍珠手動2臺巖測3粒手動臺狀測蛭石手動4臺測3粒微機(jī)臺狀測蛭4儀表臺石測*手動測量與微機(jī)和儀表測量的相對誤差（以手動測量為基準(zhǔn)）

表7-1試驗測量數(shù)據(jù)記錄

記錄人：同組人：時間：試驗參數(shù)試驗數(shù)據(jù)試驗臺內(nèi)球殼溫度外球殼溫度球試材名稱內(nèi)上t1－1內(nèi)下t1－2外上t2－1外下t2－2殼mvmvmvmv溫容重℃℃℃℃度內(nèi)平均溫度t1=外平均球溫度t2=外球直徑tm=(t1+t2)/2=加熱電壓U電流I(A)功率??Q?U?I(W)功率(V)內(nèi)球直徑環(huán)境溫度導(dǎo)熱系λtm=(w/m·℃)數(shù)

表7-2試驗測量數(shù)據(jù)匯總

臺試材測試試驗數(shù)據(jù)號