(整理)穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)

精品文檔精品文檔穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)實驗指導(dǎo)書實驗?zāi)康撵柟毯蜕罨€(wěn)定導(dǎo)熱過程的基本理論，學(xué)習(xí)用平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的實驗方法和技能。測定試驗材料的導(dǎo)熱系數(shù)。確定試驗材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。實驗原理導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對于不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是不同的對同一材料，導(dǎo)熱系數(shù)還會隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和重度等因素而變異。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)都用試驗方法來測定，如果要分別考慮因素的影響，就需要針對各種因素加以試驗，往往不能只在一種試驗設(shè)備上進行。穩(wěn)態(tài)平板法是一種應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的基本原理來測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，可以用來進行導(dǎo)熱系數(shù)的測定試驗，測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。試驗設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的導(dǎo)熱量Q和平板兩面的溫差A(yù)t成正比，和平板的厚度6成正比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)入成正比的關(guān)系來設(shè)計的。我們知道，通過薄壁平板(壁厚小于十分之一壁長和壁寬)的穩(wěn)定導(dǎo)熱八九A量為Q二&°At*F[w]測定時，如果將平板兩面的溫差A(yù)t二tR-tL、平板厚度5、垂直熱流方向的RL導(dǎo)熱面積F和通過平板的熱流量Q測定以后，就可以根據(jù)下式得出導(dǎo)熱系數(shù)：Q*Q*5At?FW/(m*°C)需要指出，上式所得的導(dǎo)熱系數(shù)是在當時的平均溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，此平均溫度為：t=(t+1)2RL[°C]在不同的溫度和溫差條件下測出相應(yīng)的九值，然后將九值標在九-『坐標圖內(nèi)，就可以得出九=f(t)的關(guān)系曲線。實驗裝置及測量儀表穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的試驗裝置如圖1和圖2所示。被試驗材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積為300X300[mm2],實際導(dǎo)熱計算面積F為200X200[mm2]，板的厚度為（實測）[mm2]，平板試件分別被夾緊在加熱器的上、下熱面和上、下水套的冷面之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片來實現(xiàn)對上、下試件熱面的加熱，而上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水（或通過自來水）來實現(xiàn)的。在中間200X200[mm2]部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能夠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200X200[mm2]之外的四側(cè)）設(shè)有四個輔助加熱器，測試時控制使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度-（或t2）和水套冷面的中心溫度t3（或t4）用四個鎳鉻-康銅熱電偶埋設(shè)在銅板上來測量：輔助加熱器1和輔助加熱器2的熱面也分別設(shè)置兩個輔助鎳鉻-康銅熱電偶t5和t6（埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上）。其中輔助熱電偶t5（或t6）接到溫度巡檢儀上，與主加熱器中心的主熱電偶t1（或t2）的溫度相比較，通過跟蹤調(diào)節(jié)使全部輔助加熱器都跟蹤與主加熱器的溫度相一致。而在試驗進行時，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助熱電偶的溫度，以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況。溫度是利用萬能信號輸入8電巡檢儀測量的，主加熱器的電功率可以用直流穩(wěn)壓電源的電壓表和電流表來測量。Q=IU（W）注：本試驗臺的外圍應(yīng)有保溫材料，以免熱量向周圍散失過多；試件安裝到位后關(guān)閉左右保溫門。電控柜價格很高，應(yīng)引起注意。配套的平板導(dǎo)熱儀軟件，該軟件界面友好，可以在界面上直接顯示各個熱電偶的溫度，熱流功率，還可以直接計算出導(dǎo)熱系數(shù)加以顯示。對于水冷箱，若是用自來水直接冷卻，則可以直接接上自來水管，但是經(jīng)加熱后的水若是直接排入下水道，會造成很大的浪費。因此，建議在本平板導(dǎo)熱儀的下部加一水箱，用以盛水，再配套加一小水泵。水泵從水箱取水，然后流經(jīng)水冷箱，經(jīng)加熱后的水再回到水箱，此水箱不用保溫，最好用鐵制容器，散熱性能好。-二水凈箱M2T.j輔助加熱器I阿加敲搭'■/-二水凈箱M2T.j輔助加熱器I阿加敲搭'■/主林總輔助加熱器4IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII俯押脛圖1試驗臺（平板導(dǎo)熱儀）結(jié)構(gòu)示意圖[附]試驗臺主要參數(shù)試驗材料：試件外型尺寸：270X270[mm2]導(dǎo)熱計算面積F:200X200[mm2]（即主加熱器的面積）4?試件厚度6:（實測）主加熱器電阻值：100Q輔加熱器（每個）電阻值：4X25Q熱電偶：E型試件最高加熱溫度：W80C9..主加熱器電壓直流0—50V,電流0—2A（可調(diào)）10．輔助加熱器電壓直流0—50V，電流0—2A（可調(diào)）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(yīng)與銅板嚴密接觸，不應(yīng)有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應(yīng)在上面加壓一定的重物，或用自動控制壓緊裝置壓緊，以使它們都能緊密接觸。BE3BE3v-BE3BE3v-口口-1A■lBU□W日日日日O0曲曲EJ3?@O圖2試驗臺（平板導(dǎo)熱儀）面板電路聯(lián)結(jié)圖聯(lián)接和仔細檢查各接線電路。將主加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的主加熱器電源接線端子上：而兩個輔助加熱器是經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)組成的串聯(lián)電路（實驗臺上已聯(lián)接好），同樣將輔助加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的輔助加熱器電源接線端子上。電壓表和電流表（或電功率表）應(yīng)按要求接入電路。將測溫?zé)犭娕紅]、t2、t3、t4、t5、t6、的導(dǎo)線接到配電箱對應(yīng)的接線端子上。關(guān)閉主、輔加熱電源開關(guān)及水泵開關(guān)；打開總電源開關(guān)。并檢查各熱電阻信號（溫度）是否正常（基本一致）。打開水泵開關(guān)，檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，調(diào)節(jié)水閥門開度應(yīng)盡量一致。接通主加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合適的電壓（建議由低至高間隔5V或10V逐漸分段加熱），開始加溫，然后開啟輔助加熱電源使加溫電壓與主加熱器電壓接近一段時間后，觀察輔助加熱面的溫度是否與主加熱面的溫度一致，然后適當調(diào)整輔助加熱器的電壓（高則降低、低則增加）來跟蹤調(diào)整使主、輔加熱溫度相一致。在加溫過程中，可通過各測溫點的測量值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），向上下水套通入冷卻水。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。在這個過程中可以適當調(diào)節(jié)主加熱器電源、輔助加熱器電源的電壓，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I）讀數(shù)記錄和溫度測量，從而得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。一個工況試驗后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，既調(diào)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(jié)果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過大，一般在5~10W為宜。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）。測試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，經(jīng)過10分鐘左右再關(guān)閉水泵（或停放自來水）。實驗結(jié)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(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量（即主加熱器的電功率）：Q=W（或I?V）[W]W—主加熱器的電功率值[W]

I—主加熱器的電流值[A]V—主加熱器的電壓值[V]由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個試件（試件1和試件2）傳導(dǎo)，所以q廣q廣Q=導(dǎo)或=21-V)[W]試件兩面的溫差：[°C][°C][°C][w/[°C][°C][°C][w/m-°C]RLtR—試件的熱面溫度（即t1或t2）tL—試件的冷面溫度（即t1或t2）平均溫度為[°C]平均溫度為t時的導(dǎo)熱系數(shù):TOC\o"1-5"\h\zW-8I-V-8、(或)2(t—t)F2(t—t)FRLRL將不同平均溫度下測定的材料導(dǎo)熱系數(shù)在九—t坐標中得出九—t的關(guān)系曲線,并求出九二f（t）的關(guān)系式。附:巡檢儀設(shè)置控制參數(shù)（一級參數(shù)）設(shè)定按Set鍵大于5秒符號名稱設(shè)定數(shù)值A(chǔ)T1通道顯示時間AT1=3AA斷線報警AA=0CLK設(shè)定參數(shù)禁鎖CLK=132其它不設(shè)二級參數(shù)設(shè)定CLK=132后同時按Set鍵和▲鍵30秒進入，按Set鍵依次設(shè)置

符號名稱設(shè)定數(shù)值測試范圍傳感器類型傳感器用途DE儀表設(shè)備號4或不設(shè)BT通訊波特率不設(shè)-n1第1通道開0E型熱電偶T］溫度-n2第2通道開0E型熱電偶t2溫度-n3第3通道開0E型熱電偶t3溫度-n4第4通道開0E型熱電偶t4溫度-n5第5通道開0E型熱電偶T5溫度-n6第6通道開0E型熱電偶T6溫度-n7一n16第7-16通道關(guān)閉-1第1、2、3、4、5、6通道二級參數(shù)設(shè)置：按SET鍵，在PV視窗顯示CLK，SV視窗顯示132的情況下，同時按下SET鍵和▲鍵30秒，進入二級參數(shù)設(shè)定：DE儀表設(shè)備編號4也可不設(shè)1SL0輸入分度號03E型熱電偶1SL1小數(shù)點01SL2無01SL3無01SL4無01-Pb零點遷移根據(jù)情況1KKK量程放大倍數(shù)根據(jù)情況其它不設(shè)穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)實驗實驗報告（例題）一.試驗裝置電路聯(lián)接圖二.試驗記錄試驗材料：聚氯乙烯試件外型尺寸：270X270mm2試件導(dǎo)熱面積：200X200mm2(即主加熱器面積)試件厚度6:20mm主加熱器電阻值：100Q輔加熱器電阻值：4X25Q測溫原件：熱電偶實驗記錄表測讀時間時分試件中心位置熱面溫度tR(J試件中心位置冷面溫度tl(°C)△t(tR-tl)(°C)Q(W)備注9:6026.217.410:3031.518.510:6037.619.311:3039.920.211:6043.121.212:3046.722.3試驗取后的室溫:22°C,冷卻水溫:17°C12:6047.322.913:3048.823.013:6049.523.314:3051.723.914:6051.924.415:3052.224.615:6052.524.81616:6053.125.016三.實驗結(jié)果處理2At-F取實驗記錄中最后四點穩(wěn)定的和值，計算出它們的平均值：TOC\o"1-5"\h\z51.9+52.2+52.5+53.1““小t==52.4OCR424.4+24.6+24.8+25.0’—t==24.7OCL4冷，熱面的溫差A(yù)t二52.4-24.7二27.7°C16x0.02cc九二二0.144[W/mC]2x27.7x0.04鎳鉻-銅鎳（鏮銅）熱電偶（E型）溫度-微伏對照表MVMVMVMVMVMVMVMVMVMV溫01234567890059118176235194354413472532105916517117708308909501010107111312011921252131313731434149515561617167817403018011862192419862047210921712233229523574024202482254526072670273327952858292129845030483111317432383301336534293492355636206036583749381338773942400640714136420042657043304395446045264591465647224788485349198049855051511751835249531553825448551455819056485714578158485915598260496117618462511006319638664546522659066586725679468626930第二節(jié)球體法測定保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一、實驗?zāi)康亩嶒炘頊y定顆粒材料的導(dǎo)熱系數(shù)。由同心等溫?zé)崆蛎妫ㄖ睆剑瑴囟龋┖屠淝蛎妫ㄖ睆?，溫度）圍成的空間裝滿“均勻”試材，球的中心部位裝有電熱器，全中熱量均通過兩球中間顆粒材料夾層而傳至外界，利用球圖3-2-1球壁導(dǎo)熱裝置1—內(nèi)球；圖3-2-1球壁導(dǎo)熱裝置1—內(nèi)球；2—外球；3—實驗材料；4—直流穩(wěn)壓電源—測溫?zé)犭娕季?Q（d2-〃1）2兀dld2（t1-12）（3-2-1）式中，Q熱流量，W；入——試材的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m°C）d1內(nèi)球的外徑（熱球面），mm；d]——外球殼的內(nèi)徑（冷球面）