傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書-實(shí)驗(yàn)一(本部)

PAGEPAGE1實(shí)驗(yàn)一非穩(wěn)態(tài)法測(cè)量材料的導(dǎo)熱性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.快速測(cè)量絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱。2.掌握使用熱電偶測(cè)量溫差的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理qcδδqqcδδqc圖1第二類邊界條件無(wú)限大平板導(dǎo)熱的物理模型本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)第二類邊界條件，無(wú)限大平板的導(dǎo)熱問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)的。設(shè)平板厚度為2δ。初始溫度為t0，平板兩面受恒定的熱流密度qc均勻加熱（見(jiàn)圖1）。求任何瞬間沿平板厚度方向的溫度分布t(x,τ)。導(dǎo)熱微分方程式、初始條件和第二類邊界條件如下：初始條件邊界條件x=0,X=δ,方程的解為：式中：t—溫度；τ—時(shí)間；t0—初始溫度；ɑ—平板的導(dǎo)溫系數(shù)；μn—nπn=1,2,3,……—傅立葉準(zhǔn)則；qc—沿方向從端面向平板加熱的恒熱流密度；隨著時(shí)間t的延長(zhǎng)，F(xiàn)o數(shù)變大，上式中級(jí)數(shù)和項(xiàng)愈小。當(dāng)Fo>0.5時(shí)，級(jí)數(shù)和項(xiàng)變得很小，可以忽略，上式變成：由此可見(jiàn)，當(dāng)Fo>0.5后，平板各處溫度和時(shí)間成線性關(guān)系，溫度隨時(shí)間變化的速率是常數(shù)，并且到處相同。這種狀態(tài)稱為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)，平板中心面x=0處的溫度為：平板加熱面X=δ處為：此兩面的溫差為：如已知qc和δ，再測(cè)出，就可以由上式求出導(dǎo)熱系數(shù)：式中，—平板的導(dǎo)熱系數(shù)，—沿x方向給平板加熱的恒定熱流密度，—平板的厚度，—平板中心面x=0處和平板加熱面x=δ處兩面的溫差，又，根據(jù)熱平衡原理，在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)有下列關(guān)系：式中，—平板的橫截面積—試件材料的密度—試件材料的比熱—準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫升速率由上式可求得比熱為：實(shí)驗(yàn)時(shí)，以試件中心處為準(zhǔn)。三、實(shí)驗(yàn)裝置圖2實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖圖2為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)試裝置圖。利用四塊表面平整，尺寸為165mm×165mm×8mm完全相同的被測(cè)試件(材料為有機(jī)玻璃，其導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.140—0.198W/m2.℃.)，每塊試件的厚度為δ。將四塊試件疊在一起并裝入兩個(gè)同樣的高電阻康銅箔平面加熱器，加熱器面積和試件的相同。用導(dǎo)熱系數(shù)比試件小得多的材料作絕緣層，力求減少通過(guò)它的熱量，使試件1，4與絕緣層的接觸面接近絕熱。這樣可假定qc等于加熱器發(fā)出的熱量的1/2，即qc=Q/2F=UI/2F。利用熱電偶測(cè)量試件2兩面的溫差及2、3接觸面中心處的溫升速率。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按要求連接線路，接好加熱器、熱電偶與控制器及控制器與顯示屏的連接。2.開(kāi)啟直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源開(kāi)關(guān)，再開(kāi)啟顯示屏開(kāi)關(guān)，預(yù)熱10分鐘，記錄初始值。3.打開(kāi)顯示屏右下角“起動(dòng)”開(kāi)關(guān)，同時(shí)按顯示屏右下角“計(jì)數(shù)器清零”，每隔一分鐘測(cè)量一次，同時(shí)記錄數(shù)據(jù)。經(jīng)一段時(shí)間后（一般在7-20min）系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。記錄電流、電壓值。4.實(shí)驗(yàn)完畢后，切斷電源。五、數(shù)據(jù)記錄與整理室溫t0=℃加熱器電流I=A電壓U=V試件面積F=0.165×0.165=m2試件厚度δ=0.008m試件材料密度=1200kg/m3溫度t(℃)時(shí)間τ(min)邊界溫度中心溫度邊界和中心的溫差△t0