實驗四、穩(wěn)態(tài)平板法測保溫絕熱材料的熱導率λ.doc

傳熱學實驗之二實驗四、穩(wěn)態(tài)平板法測保溫絕熱材料的熱導率一、 實驗目的1、 鞏固和深化穩(wěn)態(tài)導熱過程的基本理論，學習用平板法測絕熱材料熱導率的實驗方法和技能2、 測定實驗材料的熱導率3、 確定試驗材料熱導率與溫度的變化關系二、 實驗原理熱導率是表征材料導熱能力的物理量。對不同的材料，熱導率各不相同；對同種材料，熱導率會隨溫度、壓力、含濕量、物質的結構和密度等因素而不同。各種材料的熱導率都是采用實驗方法來測定的，如果分別考慮不同因素的影響，就需要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)平板法是應用一維穩(wěn)態(tài)導熱過程的基本原理來測定材料熱導率的方法，可以用來測定材料的熱導率及其與溫度的變化關系實驗設備是根據(jù)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，與平板的厚度成反比，與熱導率成正比的關系來設計的由一維穩(wěn)態(tài)理論，通過薄壁平板（壁厚小于十分之一壁長與壁寬）的穩(wěn)態(tài)導熱量為 w測試時，如果能夠測得平板兩面的溫差t=tR-tL、平板厚度、垂直熱流方向的導熱面積A和通過平板的熱流量Q，即可根據(jù)下式計算得出熱導率： W/m.上式計算得出的熱導率是當時平均溫度下材料的熱導率值，此平均溫度為 在不同的溫度和溫差條件下測出相應的熱導率，將值標在坐標圖內，就可得出=f()的關系曲線三、 實驗裝置及測量儀表穩(wěn)態(tài)平板法測絕熱材料熱導率的實驗裝置如圖1和圖2所示。被試驗材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積300x300mm2,實際導熱計算面積A為200x200mm2,板的厚度為mm。平板試件被夾緊在加熱器的上下熱面和上下水套的冷面圖1 實驗臺主體示意圖（循環(huán)冷卻水的水箱與水泵未示出）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(xiàn)對上、下試件熱面的加熱，上下導熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水（或通以自來水）來實現(xiàn)。中間200X200mm2部位上安設的加熱器為主加熱器。為使主加熱器的熱量能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200X200mm2之外的四側）設有四個輔助加熱器（1-4），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，以免熱量向旁側散失。主加熱器的中心溫度t1(或t2)和水套冷面中心溫度t3（或t4)用四個熱電偶（埋設在銅板上）來測量；輔助加熱器1和輔加熱器2的熱面也分別設置兩個輔熱電偶t5和t6（埋設在銅板的相應位置上），其中一個輔熱電偶t5或t6接到溫度跟蹤控制器上，與主加熱器中心接來的主熱電偶t2或t1的溫度信號比較，通過溫度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。而在實驗進行時，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熱電偶的溫度，以便于主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制與跟蹤情況。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。圖2 試驗臺的電路聯(lián)圖（用電位差計測溫未示出）附實驗臺主要參數(shù)1 試驗材料：2 .試件外型尺寸：300x3003 導熱計算面積 A：200x200 （即主加熱器的面積）4 試件厚度： （實測）5 主加熱器電阻值： 6 輔加熱器（每個）電阻值：7 熱電偶材料：鎳鉻一鎳硅8 試件最高加熱溫度： 80四、 實驗方法和步驟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；而四個輔助加熱器經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路（實驗臺上己聯(lián)接好），并按圖2所示聯(lián)接到輔加熱器電源上和跟蹤控制器上。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 （或）接到跟蹤控制器面板上左側的主熱電偶接線柱上，而將輔熱電偶之一 （或 ）接到跟蹤控制器上的相應接線柱上。把主熱電偶（或）、水套冷面熱電偶（或 ）和輔熱電偶 （或 ）都接到熱電偶轉換開關上，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，校正電位差計的零位。4、 接通加熱器電源，并調節(jié)到合在的電壓，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），向上下水套通人冷卻水。試驗經(jīng)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。在這過程中可以適當調節(jié)上加熱器電源、輔加熱器電源的電壓，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1）讀數(shù)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，即調節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進行測試，得到另一工況的穩(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(jù)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(jīng)過10分鐘左右后再關閉水泵（或停放自來水）。五、 實驗結果處理實驗數(shù)據(jù)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）：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 A V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 W試件兩面的溫差： 一試件的熱面溫度（即或） 一試件的冷面溫度（即或） 平均溫度為 平均溫度為 t 時的熱導率：將不同平均溫度下測定的材料熱導率在 坐標中得出 的關系曲線，并求出=f() 的關系式。六、 實驗測試與實驗報告舉例1、 實驗裝置電路連接圖實驗臺電路連接圖（用電位差計測溫未示出）2、 實驗記錄試 驗 材 料 ：聚氯乙烯試件外型尺寸 ：300 X 300mm2試件導熱面積 ：200X200 mm2（即主加熱器面積）試件厚度 ：15mm主加熱器電阻值：100輔加熱器電阻值：4 X 25熱 電 偶 材料 ：鎳鉻鎳硅注 tR,tL為熱電偶用電位差計測出的毫伏數(shù)換算出的讀數(shù)溫度。實際溫度=讀數(shù)溫度+環(huán)境溫度實驗記錄表測讀時間時 分試件中心位置熱面溫度tR（）試件中心位置冷面溫度TL（）（）Q(W)備注10：0016.25-2.38試驗最后室溫：22冷卻水溫：2710：3021.50-1.5011：0027.60-0.7511：3029.950.0012：0033.001.2512：3034.752.3513：0035.332.9713：