正规状况法测定材料的导温系数实验报告

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1、过程工程原理实验装订线专业：化学工程与工艺姓名：学号：日期：2013.9.22地点：教十3203实验报告课程名称：过程工程原理实验指导老师：成绩：__________________实验名称：正规状况法测定材料的导温系数实验类型：________________同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得正规状况法测定材料的导温系数一、实验目的1、掌握正规状况法测定材料导温系数的原理和方法。2、了解热电偶的测温原理，正确使用平衡记录仪。二、实验原理半径R长2b的

2、圆柱体初始温度均匀分布，突然将它浸入内有强烈搅拌且温度为（）的水浴中，考察柱体内各点温度的变化规律。这是第三类边界条件下的二维不稳定导热问题，其温度解可以分解成半径为R的无限长圆柱和厚度为2b的无限大平板这两个一维不稳定导热解的组合，即：（1）式中，为无因次过余温度。下标c、p分别代表无限长圆柱和有限厚的无限大平板，其温度分布、具有如下相同的形式：（2）其中对于无限长圆柱：（3）（4）（5）-5-

3、过程工程原理实验（6）对无限长平板：（7）（8）（9）（10）式中F0——傅立叶数a——导热系数J0、J1——0阶、1阶Bessel函数Bi——毕渥数（=导热热阻/对流热阻）——时间，s表示导热

4、热阻占主导地位，对流热阻可以忽略，这样第三类边界条件就转化为第一类边界条件。从式（6），（10）可得的前四个解分别为：圆柱2.4055.5208.65311.792平板π/23π/25π/27π/2当时间τ达到一定值后，，略去式（2）中第一项以后各项所带来的误差不大于1%，我们称这个阶段为不稳定导热的正规状况。对于形体中心点（R=0，x=0），从式（1）、（2）得：（11）（12）C为常数。对式（11）两边去对数得（13）可见是直线关系，由斜率m值可以求得材料的导温系数a。三、实验装置-5-

5、过程工程原理实验如图，被测元件是由尼龙制成的短圆柱体，有Φ40×40、Φ40×80、Φ40×120

6、三种规格。温度由铜-康铜热电偶来测定，冷端在圆柱体形体中心，热端在恒温浴中，热电势通过平衡记录仪记录，这样记录仪上指示值对应于过热温度。在测量范围内，热电势E（mV）与温度T可近似认为是线性关系，取0.043mV/℃。四、实验步骤1、按通加热电源，开启搅拌浆。调节继电器来控制恒温水浴温度，预热记录仪。2、待温度计示数稳定时，开启记录仪。等基线中走直后记录下温度计读数。然后将被测元件迅速放入恒温水浴中（注意不要拉热电偶的连接线，不得用力过猛，以免损坏细小的热电偶导线），同时用记录仪记录E（mV）～τ关系，直至E（mV）读数很小，趋于稳定。同时记录下此时的走纸速度及记录仪的量程。3、实验结束后

7、关闭恒温水浴系统及记录仪。五、数据记录及处理室温T＝28.8℃，纸速600mm/h，记录纸上电压坐标每一小格为5/100＝0.05mV。按记录纸上时间坐标每一格取一点，则时间间隔为3600/60＝60s。结果见表1。表1被测元件规格：Φ40×120τ/sE/mV（T∞-T）/℃ln（T∞-T）00.60013.9532.636600.52512.2092.5021200.49011.3952.4331800.45010.4652.3482400.4009.3022.230-5-

8、过程工程原理实验3000.3658.4882.1393600.3257.5582.0234200.2906.74

9、41.9094800.2505.8141.7605400.2405.5811.7196000.2255.2331.6556600.2205.1161.6327200.2155.0001.6097800.2104.8841.5868400.2054.7671.5629000.2004.6511.537通过描点可得下图通过图像可知，整个散点图并不符合显形规律，于是大胆删掉最后五个点后得下图，-5-

10、过程工程原理实验线性拟合后得到：m=0.00169。根据式（12），计算得：a=0.112mm2/s。六、思考题1、本实验条件下，若不测定T∞可以得到导温系数a么？答：可以。导温系数a只与温差有关，

11、本次实验中，热电偶热端与冷端温度相减后，可以消去T∞，所需的温差即可由热电偶测出。2、若Bi数有限，将会出现怎样的情形？答：对流热阻无法忽略，第三类边界条件无法转化为第一类边界条件。本次实验的数据处理方法将不适用。3、若热电偶冷端不在形体中心，对本实验结果有何影响？答：没有影响。提前达到平衡时间。4、怎样判断被测元件初温分布均匀？答：将热电偶反接，若仍是一条直线，则温度分布均匀。-5-

12、