传热学实验指导书实验一(本部)

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1、实验一非稳态法测量材料的导热性能实验一、实验目的1.快速测量绝热材料的导热系数和比热。2.掌握使用热电他测量温差的方法。二、实验原理XIqc、6\8丿.....丿丨qc图1第二类边界条件无限大平板导热的物理模型木实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。设平板厚度为25O初始温度为如平板两面受恒定的热流密度qc均匀加热（见图1）o求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t（X,T）o导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：d/(x,T)=adrd2t(X9T)dx2初始条件心,0)

2、=r()边界条件x=0,刃°化0dxX=6,叫⑵+么=0OXA方程的解为：r(x,r)-?0：卜6「喀I"：严厲严（他）式中：t一温度;T—时间；t（）—初始温度;a—平板的导温系数；un—n11n=l,2,3,傅立叶准则;qc—沿方向从端面向平板加热的恒热流密度;随着吋间t的延长，Fo数变大，上式中级数和项愈小。当Fo>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，上式变成:/（兀“）一/（）~T由此可见，当Fo>（）.5示，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。这种状

3、态称为准稳态。在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：f（o,r）-山=鱼（咯-丄）2决6平板加热血X=5处为:心）-防警-（券+£）]8c[此两rfri的温差为：“=如已知qc和再测出就可以由上式求出导热系数：A=汇2At式中，2—平板的导热系数，W/（m・°C）生一沿x方向给平板加热的恒定热流密度，W/n?力一平板的厚度，m△t—平板中心面x=0处和平板加热面x=6处两面的温差，°C乂，根据热平衡原理，在准稳态有下列关系：qcF=/?CJF—式中，F—平板的横截面积P—试件材料的密度C—试件材

4、料的比热竺一准稳态时的温升速率dr由上式可求得比热为：C=也p•J•dt/dTdt实验时，石以试件中心处为准。三、实验装置加热器2热电偶2试件1热电偶1试件2试件3试件4加热器1高精度氏卷爪稳流电源图2实验装置简图图2为准稳态平板法测试装置图。利用四块表而平整，尺寸为165nmiX165niniX&nm完全相同的被测试件（材料为有机玻璃，其导热系数一般为0.140—0.198W/m2/C.）,每块试件的厚度为§o将四块试件叠在一起并装入两个同样的高电阻康铜箔平面加热器，加热器面积和试件的相同。用导

5、热系数比试件小得多的材料作绝缘层，力求减少通过它的热量，使试件1，4与绝缘层的接触而接近绝热。这样町假定qc等于加热器发出的热量的1/2,即qc=Q/2F=UI/2F。利用热电偶测量试件2两而的温差及2、3接他面中心处的温升速率。四、实验步骤1.按要求连接线路，接好加热器、热电偶与控制器及控制器与显示屏的连接。2.开启直流稳压稳流电源开关，再开启显示屏开关，预热10分钟，记录初始值。3.打开显示屏右下角“起动”开关，同时按显示屏右下角“计数器清零”,每隔一分钟测量一次，同时记录数据。经一段时间后（

6、一般在7-20min）系统进入准稳态。记录电流、电压值。4.实验完毕后，切断电源。五、数据记录与整理2At室温to二°C加热器电流I二A电压U二V试件面积F=0.165X0.165=m2试件厚度6=0.008m试件材料密度二1200kg/m3度”c)吋1'可T(恳矗边界温丿殳屮心温度边界和中心的温差At0123456789101112131415热流密度qcdtdrC二——p8'dt/dT六、注意事项1.实验要求一次成功，如中途失败，需待试件冷却至室温后才能进行笫二次实验。