導熱體熱導率的測定試驗

導熱體熱導率的測定實驗實驗目的】1）掌握材料熱導率測量的一種方法。2）進一步掌握用逐差法進行數據處理實驗裝置】熱導率測量儀結構如圖3.14.1所示。罩蓋 電源插座熱導率測量儀結構圖3.14.1整個測量系統(tǒng)為一個圓柱體形狀，如圖3.14.2所示。加熱器件1接在一個可調節(jié)的220V交流電源上，由加熱器件1產生的熱量均勻地傳到加熱盤2上，加熱盤2與被測物體上表面良好接觸，散熱盤4與被測物體下表面良好接觸，在加熱盤和散熱盤上各安裝一個熱電偶，用于測量被測物體兩端的溫度。測量不良導熱體和良導熱體時，只需更換“被測物體3”。熱導率的測量系統(tǒng)圖3.14.2實驗原理】熱導率的測量采用穩(wěn)態(tài)法。實驗原理如圖3.14.3所示，圖中物體1的溫度為廠2,物體2的溫度為g,被測物體位于物體2和物體1之間，周圍用熱絕緣材料包圍。

廠Z廠Z待測圓棒熱流 ■—熱絕緣熱導率的實驗原理

圖3.14.3假定溫度卩2>_，根據熱傳導的原理可知，熱流量應按箭頭所指的方向流動，當時間足夠長時，T2和T］的溫度達到穩(wěn)定并保持不變，此時稱系統(tǒng)達到穩(wěn)恒狀態(tài)。穩(wěn)恒狀態(tài)可用公式表示為3.14.1)九S(T-T)3.14.1) A2 1—LA式中詈——熱流量;SA——被測物體截面面積；九——被測物體的熱導率；LA——被測物體的長度。根據公式（3.14.1）可知，熱流量與被測物體的熱導率成正比，與被測物體的截面面積成正比，與長度成反比。圖3.14.4假定系統(tǒng)未達到穩(wěn)恒態(tài)，被測物體中每一點的溫度都可能隨時間而變化。如圖3.11.3所示，在加熱前，整個系統(tǒng)都處在環(huán)境溫度下，從時間開始，對物體I加熱，使其溫度逐漸升高，溫度用T2來表示。在不同的時間被測物體內的溫度分布如圖3.14.4所示，在［時刻，被測物體左端的溫度隨著長度L的變化要比右端快得多，這就是說，提供的熱流量從被測物體的左端流向中央區(qū)域，并升高那里的溫度。開始時被測物體左端的熱流量比右端要大得多，隨著時間的增加，被測物體各處熱流量的差別會越來越小，直到很長時間之后，就達到穩(wěn)恒態(tài)，溫度均勻分布。值得注意的是，最終的穩(wěn)恒狀態(tài)完全不依賴于t=0時的初始狀態(tài)，而只取決于被測物體兩端的溫度。在穩(wěn)恒狀態(tài)時，流過被測物體的熱流量在所有截面上應該相同，否則就會有熱流流入或流出某個區(qū)域，就會改變這些區(qū)域的溫度，這與前面討論穩(wěn)恒態(tài)狀的假設相矛盾。因此，在穩(wěn)恒狀態(tài)時流過被測物體的熱流為恒定熱流量。圖3.14.4圖3.14.4是沿著被測物體長度的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的溫度分布圖，T為初始溫度。圖中的曲線分S別對應時間為：t2=5t\，‘3=10'1，\=20［。在穩(wěn)恒狀態(tài)時流入物體2的熱流量應等于其散熱速度，可用公式表示為AQAAQAt二meAt式中AT——物體2上溫度的變化量;

——單位時間內的溫度變化，稱為散熱速率；AtmeAT——物體2上的散熱速度。At由于物體2的實際散熱面積小于全表面面積，所以公式應改為A——單位時間內的溫度變化，稱為散熱速率；AtmeAT——物體2上的散熱速度。At由于物體2的實際散熱面積小于全表面面積，所以公式應改為AQ ATS'=me^bAt AtSB式中SB——物體2的實際散熱面積;SB——物體2的表面面積；m——物體2的質量；3.14.2)c——物體2材料的比熱值。在穩(wěn)恒狀態(tài)時，物體2上的散熱速度應等于流過被測物體的恒定熱流量，所以，將式(3.14.2)代入式(3.14.1)即可求出熱導率九的值, S'AT 1L九=me^B ?—aS At(T-T)SB 2 1A3.14.3)從上式中可以看出只有竺和 1—為待測變量，其余參數均為常量，由其幾何尺寸決定At (T-T)21S'=nR2+2nRLB B BBS=2nR2+2nRLB B BB式中RB，氣一一散熱盤6(見圖3.14.1)的半徑和高度3.14.4)3.14.5)又 S=nR2 (3.14.6)AAR，L為被測物體5(見圖3.14.1)的半徑和高度。將公式(3.14.4)，(3.14.5)，(3.14.6)AA代入式(3.14.3)得：. nR2+2nRL入=meB bb2nR2+2nRLB BBAT 1L? ? AAt(T-T)nR22 1 A0.5?R+L=meb bR+LBBAT1L? ? A~At(T