导热体热导率的测定试验.docx

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1、导热体热导率的测定实验【实验目的】(1)掌握材料热导率测量的一种方法。(2)进一步掌握用逐差法进行数据处理。【实验装置】热导率测量仪结构如图3.14.1所示。gjL阳国描座(O热导率测量仪结构图3.14.1整个测量系统为一个圆柱体形状，如图3.14.2所示。加热器件1接在一个可调节的220V交流电源上，由加热器件1产生的热量均匀地传到加热盘2上，加热盘2与被测物体上表面良好接触，散热盘4与被测物体下表面良好接触，在加热盘和散热盘上各安装一个热电偶，用于测量被测物体两端的温度。测量不良导热体和良导热体时，只需更换“被测物体3

2、”。1—加热器件；2—加热盘；3—被测物体;4—散热盘；5、6—热电偶热导率的测量系统图3.14.2【实验原理】热导率的测量采用稳态法。实验原理如图3.14.3所示，图中物体1的温度为T2,物体2的温度为T1，被测物体位于物体2和物体1之间，周围用热绝缘材料包围。XXXXXXXXXXXXX热绝劭曲律1温匱为&热流■■■■■■■■■■热导率的实验原理图3.14.3假定温度T2>Ti，根据热传导的原理可知，热流量应按箭头所指的方向流动，当时间足够长时，T2和Ti的温度达到稳定并保持不变，此时称系统达到稳恒状态。稳恒状态可用公式

3、表示为Q6仃2-「）.-■:t(3.14.1)式中热流量;■t图3.14.4因此，在稳恒状Sa——被测物体截面面积;-――被测物体的热导率；La――被测物体的长度。根据公式（3.14.1）可知，热流量与被测物体的热导率成正比，与被测物体的截面面积成正比，与长度成反比。假定系统未达到稳恒态，被测物体中每一点的温度都可能随时间而变化。如图3.11.3所示，在加热前，整个系统都处在环境温度下，从时间t=0开始，对物体1加热，使其温度逐渐升高，温度用T2来表示。在不同的时间被测物体内的温度分布如图3.14.4所示，在t1时刻，被测

4、物体左端的温度随着长度L的变化要比右端快得多，这就是说，提供的热流量从被测物体的左端流向中央区域，并升高那里的温度。开始时被测物体左端的热流量比右端要大得多，随着时间的增加，被测物体各处热流量的差别会越来越小，直到很长时间（t=之后，就达到稳恒态，温度均匀分布。值得注意的是，最终的稳恒状态完全不依赖于t=0时的初始状态，而只取决于被测物体两端的温度。在稳恒状态时，流过被测物体的热流量在所有截面上应该相同，否则就会有热流流入或流岀某个区域，就会改变这些区域的温度，这与前面讨论稳恒态状的假设相矛盾。态时流过被测物体的热流为恒定

5、热流量。图3.14.4是沿着被测物体长度的瞬态和稳态的温度分布图，Ts为初始温度。图中的曲线分别对应时间为：t2=5t1,t3=10t1，t4=20t1。在稳恒状态时流入物体2的热流量应等于其散热速度，可用公式表示为式中'T――物体2上温度的变化量;――单位时间内的温度变化，称为散热速率；.tme卫一一物体2上的散热速度。t由于物体2的实际散热面积小于全表面面积，所以公式应改为Q,：TSbme—.述.tSb式中SB――物体2的实际散热面积；SB——物体2的表面面积；m――物体2的质量；e——物体2材料的比热值。在稳恒状态时

6、，物体2上的散热速度应等于流过被测物体的恒定热流量,代入式（3.14.1）即可求岀热导率■的值(3.14.2)所以，将,meSB卫.亠LaSbAt(T2_TJSa(3.14.2)(3.14.3)从上式中可以看岀只有和占为待测变量，其余参数均为常量，由其几何尺寸决定。Sb=tiRB2kRbLbSb=2tRb■2kRBLb式中Rb，Lb――散热盘6（见图3.14.1）的半径和高度又sa-nARa，La为被测物体5（见图3.14.1）的半径和高度。将公式（3.14.4），（3.14.5），代入式（3.14.3）得:(3.14.4

7、)(3.14.5)(3.14.6)(3.14.6)“tRB+2tHLbAT1La■二me222tRb*2Lb找(T2-T)tiRa0.5RB+LbAt1La二me2RbLb•:t(T2-T1)nA[W/(m•C)](3.14.7)【思考题】（1）通过本次实验，试分析为什么主要误差来源于散热速率这一项。（2）试说明为什么调整仪器时，要使被测物体与加热盘和散热盘良好接触。