导热系数测量.ppt

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1、实验四十四材料导热系数的测定在现代建筑物中，为了保护生态环境，节约能源，需要大量具有隔热、保温等功能的无机非金属材料，这些材料具有一系列的热物理特性。为了合理地使用与选择有关的功能材料，需要用其热物理特性进行热工计算。所以，了解和测定材料的热物理特性是十分重要的。材料的热物理参数有导热系数、导温系数、比热等。本实验测定材料的导热系数。武汉理工大学材料导热系数的测定方法有稳定热流法和非稳定热流法两大类。每大类中又有多种测定方法。本实验用稳定热流法中的球体法，非稳定热流法中的平板法进行测定。Ⅰ.稳态球壁导热

2、测定法Ⅱ.准稳态平壁导热测定法Ⅲ.非稳态平壁导热测定法材料导热系数的测定方法Ⅰ.稳态球壁导热测定法一．目的意义在现代工程中，测定材料导热系数的稳定态热流方法以其原理简单、计算方便而被广泛应用。球壁导热仪即为其中的方法之一。主要用于测定粉状、颗粒状、纤维状干燥材料在不同填充密度下的导热系数。本实验的目的：1.加深对稳定导热过程基本理论的理解，建立维度与坐标选择的关系。2.掌握用球壁导热仪测定绝热材料导热系数的方法──圆球法。3.确定材料导热系数与温度的关系。4.学会根据材料的导热系数判断其导热能力并进行导

3、热计算。不同材料的导热系数相差很大，一般说，金属的导热系数在2.3～417.6W/m·℃范围内，建筑材料的导热系数在0.16～2.2W/m·℃之间，液体的导热系数波动于0.093～0.7W/m·℃，而气体的导热系数则最小，在0.0058～0.58W/m·℃范围内。即使是同一种材料，其导热系数还随温度、压强、湿度、物质结构和密度等因素而变化。二．球壁导热法的基本原理各种材料的导热系数数据均可从有关资料或手册中查到，但由于具体条件如温度、结构、湿度和压强等条件的不同，这些数据往往与实际使用情况有出入，需进行

4、修正。导热系数低于0.22W/m·℃的一些固体材料称为绝热材料，由于它们具有多孔性结构，传热过程是固体和孔隙的复杂传热过程，其机理复杂。为了工程计算的方便，常常把整个过程当作单纯的导热过程处理。二．球壁导热法的基本原理实验时，在直径为d1和d2的两个同心圆球的圆壳之间均匀地填充被测材料（可为粉状、粒状或纤维状），在内球中则装有球形电炉加热器。当加热时间足够长时，球壁导热仪将达到热稳定状态，内外壁面温度分别恒为t1和t2。根据这种状态，可以推导出导热系数λ的计算公式。二．球壁导热法的基本原理圆球法测定绝热

5、材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为基础。在球坐标中，考虑到温度仅随半径r而变，故是一维稳定温度场导热。根据傅立叶定理，经过物体的热流量有如下的关系：（44-1）式中：Q──单位时间内通过球面的热流量，W；λ──绝热材料的导热系数，W/m·℃；dt/dr—温度梯度，℃/m；A──球面面积，A=4πr2，m2。对（44-1）式进行分离变量，并根据上述条件取定积分得（44-2）二．球壁导热法的基本原理其中：r1、r2分别为内球外半径和外球内半径。积分得：（44-3）其中：Q为球形电炉提供的热量。只要测

6、出该热量，即可计算出所测隔热材料的导热系数。事实上，由于给出的λ是隔热材料在平均温度tm=（t1+t2）/2时的导热系数。因此，在实验中只要保持温度场稳定，测出球径d1和d2，热量Q以及内外球面温度即可计算出平均温度tm下隔热材料的导热系数。改变t1和t2，则可得到导热系数与温度关系的曲线。二．球壁导热法的基本原理三．实验器材1.球壁导热仪实验装置图如44–1所示。主要部件是两个铜制同心球壳1、2，球壳之间均匀填充被测隔热材料，内壳中装有电热丝绕成的球形电炉加热器3.2.热电偶测温系统铜—康铜热电偶二支

7、（测外壳壁温度），镍铬—镍铝热电偶两支（测内壳壁温度）；均焊接在壳壁上。通过转换开关将热电偶信号传递到电位差计，由电位差计检测出内外壁温度。3.电加热系统外界电源通过稳压器后输出稳压电源，经调压器供给球形电炉加热器一个恒定的功率。用电流表和电压表分别测量通过加热器的电流和电压。图44-1球壁导热仪实验装置1.内球壳2.外球壳3.电加热器4.热电偶热端5.转换开关6.热电偶冷端7.电位差计8.调压器9.电压表10.电流表11.绝热材料四．测试步骤1.将被测绝热材料放置在烘箱中干燥，然后均匀地装入球壳的夹层

8、之中。2.按图44-1安装仪器仪表并连接导线，注意确保球体严格同心。检查连线无误后通电，使测试仪温度达到稳定状态（约3～4小时）。3.用温度计测出热电偶冷端的温度t0。4.每间隔5～10分钟测定一组温度数据（内上、内下、外上、外下）。读数应保证各相应点的温度不随时间变化（实验中以电位差计显示变化小于0.02mv为准），温度达到稳定状态时再记录。共测试3组，取其平均值。5.测定并绘制绝热材料的导热系数和温度之间的关系6.关闭电源，结束实验。五