1、稳态平板法测定绝热材料导热系数实验
一. 实验目的
1. 巩固和深化稳定导热过程的基本理论学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能
2.测定试验材料的导热系数
3.确定试验材料导热系数与温度的关系
二.实验原理
导热系数是表征材料导热能力的物理量对于不同的材料导热系数是不同的对同一材料导热系数还会随着温度压力湿度物质的结构和重度等因素而变异各种材料的导热系数都用试验方法来测定如果要分别考虑因素的影响就需要针对各种因素加以试验往往不能只在一种试验设备上进行稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法可以用来进行导热系数的测定试验测定
2、材料的导热系数及其和温度的关系
试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差 成正比和平板的厚度成正比以及和导热系数成正比的关系来设计的
我们知道通过薄壁平板壁厚小于十分之一壁长和壁宽的稳定导热
量为 [w]
测定时如果将平板两面的温差平板厚度垂直热流方向的导热面积F和通过平板的热流量Q测定以后就可以根据下式得出导热系数
需要指出上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值此平均温度为
在不用的温度和温差条件下测出相应的值然后将值标在 坐标图内就可以得出
3、的关系曲线
三.实验装置及测量仪表
稳态平板法测定绝热材料导热系数的试试验装置如图1和图2所示
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件面积为300x300实际导热计算面积F为200x200板的厚度为平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板以使温度均匀利用薄膜式加热片实现对上下试件热面的加热而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水或通过自来水来实现的在中间200x200部位上安设的加热器为主加热器为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下两个试件并通过水套的冷水带走在主加热器四周即200x200之外的四侧设有辅助加热器利用专用的温度跟
4、踪控制器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度一致以免热流量向旁侧散失主加热器的中心温度t1(或t2)和水套冷面的中心温度t3(或t4)用四个温度传感器埋设在铜板上来测量辅助加热器1和辅助加热器2的热面也分别设置两个温度传感器t5和t6埋设在铜板的相应位置上其中一个辅助温度传感器t5(或t6)接到温度跟踪控制器上与主加热器中心接来的主温度传感器t2或t1的温度讯号相比较通过跟踪器使全部辅助加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致而在试验进行时可以通过温度传感器t1(或t2)和温度传感器t3(或t4)测量出一个试件的两个表面的中心温度也可以再测量一个辅助温度传感器的温度以便与主温度传感器的温度
5、相比较从而了解主辅加热器的控制和跟踪情况
图2 试验台的电路联结图
[附]试验台主要参数
1.试验材料
2.试件外型尺寸300x300
3.导热计算面积F200x200即主加热器的面积
4.试件厚度实测
5.主加热器电阻值
6.辅加热器每个电阻值
7.温度传感器DS18B20
8.试件最高加热温度60
四.实验方法和步骤
1.将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面试件表面应与铜板严密接触不应有空隙存在在试件加热器和水套等安装入位后调节四个螺杆以使它们都能紧密接触
2.按标号插好各自相对应插头并仔细检
6、查各接线电路
3.检查冷却水水泵及其通路能否正常工作各温度传感器是否正常完好
4.打开设备电源并调节到合适的电压按启动键开始定时每加一伏电压约定时一分钟预热加温在加温过程中可通过显示屏观测加热情况预热结束后将自动启动冷水泵并开启自动温度跟踪也可按”水泵”键关闭水泵待试件的热面温度达到一定水平后再按”水泵”键启动水泵或接通自来水向上下水套通入冷却水试验经过一段时间后试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定在这个过程中可以适当调节主加热器电源使其更快或更利于达到稳定状态待温度基本稳定后就可以每隔一段时间进行一次电功率W或电压V和电流I读数记录和温度测量从而得到稳定的测试结果
5
7、一个状况试验后可以将设备调到另一状况既调节主加热器功率后再按上述方法进行测试得到另一状况的稳定测试结果调节的电功率不宜过大一般在5~10W为宜
6.根据实验要求进行多次状况的测试状况以从低温到高温为宜
7.测试结束后按”启动”键后将自切断加热器电源并关闭跟踪器开启定时器经过18分钟左右将自动关闭水泵或停放自来水后可关闭设备电源
五.实验结果处理
实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值导热量即主加热器的电功率
Q=W或I*V [W]
W—主加热器的电功率值 [W]
I—主加热器的电流值 [A]
V—主加热器的电压值 [V]
由于设备为双试件型导热量向上下两个试件试件1和试件2传导所以
[W]
试件两面的温差
tR—试件的热面温度即t1或t2
tL—试件的冷面温度即t1或t2
平均温度为
平均温度为时的导热系数
[]
将不同平均温度下测定的材料导热系数在坐标中得出的关系曲线并求出的关系式
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