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1、精選文檔非穩(wěn)態(tài)(準(zhǔn)穩(wěn)態(tài))法測(cè)材料的導(dǎo)熱性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)量絕熱材料(不良導(dǎo)體)的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱、掌握其測(cè)試原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(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2,初始溫度為t0,平板兩面受恒定的熱流密度qc均勻加熱(見圖1)。求任何瞬間沿平板厚度方向的溫度分布t(x,)。導(dǎo)熱微分方程式、初始條件和第二類邊界條件如下:時(shí), x=0處, 處, 方程的解為: (1)式中:時(shí)間(s); 平板的導(dǎo)熱系數(shù)(w/m);平板的導(dǎo)熱系數(shù)(m2/s); n=1,2,3,;F0 傅立葉準(zhǔn)則; t0初始溫度();沿x方向從端面向平板加熱的恒定熱流密度(w/m2);隨著時(shí)間的延
2、長(zhǎng),F(xiàn)0數(shù)變大,式(1)中級(jí)數(shù)和項(xiàng)愈小。當(dāng)F00.5時(shí),級(jí)數(shù)和項(xiàng)變得很小,可以忽略,式(1)變成: (2)由此可見,當(dāng)F00.5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)態(tài)時(shí),平板中心面x=0處的溫度為:平板加熱面x=處為: (3)此兩面的溫差為:如已知qc和,再測(cè)出t,就可以由式(3)求出導(dǎo)熱系數(shù): (4)實(shí)際上,無(wú)限大平板是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,實(shí)驗(yàn)總是用有限尺寸的試件。一般可認(rèn)為,試件的橫向尺寸為厚度的6倍以上時(shí),兩側(cè)散熱試件中心的溫度影響可以忽略不計(jì)。試件兩端面中心處的溫度差就等于無(wú)限大平板兩端面的溫度差。根據(jù)勢(shì)平衡原理,在準(zhǔn)態(tài)時(shí),有下列
3、關(guān)系:式中:F為試件的橫截面(m2);C為試件的比熱(J/kg);為試件的密度(kg/m3),1200 kg/m3;為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫升速率(/s);由上式可得比熱: 實(shí)驗(yàn)時(shí),以試件中心處為準(zhǔn)。三、實(shí)驗(yàn)裝置(圖2)按上述理論及物理模型設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示,說(shuō)明如下:1試件試件尺寸為200mm200mm,共四塊,尺寸完全相同,=10mm。每塊試件上下面要平齊,表面要平整。2)加熱器采用高電阻康銅箔平面加熱器,康銅箔厚度僅為20m,加上保護(hù)箔的絕緣薄膜,總共只有70m。其電阻值穩(wěn)定,在0-100范圍內(nèi)幾乎不變。加熱器的面積和試件的端面積相同,也是200mm200mm的正方形。兩個(gè)加熱器的電阻值應(yīng)盡
4、量相同,相差應(yīng)在0.1%以內(nèi)。3)絕熱層用導(dǎo)熱系數(shù)比試件小的材料作絕熱層,力求減少熱量通過(guò),使試件1、4與絕熱層的接觸面接近絕熱。這樣,可假定式(4)中的熱量qc等于加熱器發(fā)出熱量的0.5倍。4)熱電偶利用熱電偶測(cè)量試件2兩面的溫度及試件2、3接觸面中心處的溫升速率。實(shí)驗(yàn)時(shí),將四個(gè)試件齊迭放在一起,分別在試件1和2及試件3和4之間放入加熱器1和2,試件和加熱器要對(duì)齊,溫度傳感器的放置如圖2。 四、實(shí)驗(yàn)步驟(見PC機(jī)界面說(shuō)明)1、用卡尺測(cè)量試件的尺寸:面積F和厚度。2、按圖2放好試件、加熱器和溫度傳感器,接通電源。3、接通電源,給加熱器通以恒定電流,(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,電流不允許變化),同時(shí)啟動(dòng)秒表,每隔一分鐘記錄試件2兩側(cè)熱電勢(shì)(由熱電勢(shì)查溫度值),經(jīng)一段時(shí)間后(隨所測(cè)材料而不同,一般在10-20分鐘)系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。4、第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束,將加熱器開關(guān)K切斷,取下試件及加熱器,用電扇將加熱器吹涼,待其和室溫平衡后才能繼續(xù)作下一次實(shí)驗(yàn)。但試件不能連續(xù)做實(shí)驗(yàn),必須經(jīng)過(guò)四小時(shí)以上放置,使其冷卻至與室溫平衡后,才能再作下一次實(shí)驗(yàn)。5、實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束后,必須切斷電源,一切恢復(fù)原狀。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理試件截面尺寸F:0.20.2 試件厚度:0.01 m試件材料密度=1200 /m3 加熱功率P: w時(shí)間分0123456熱電勢(shì)mV1234時(shí)間分7891011121
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