實(shí)驗(yàn)四、穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)保溫絕熱材料的熱導(dǎo)率λ.doc

傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)之二實(shí)驗(yàn)四、穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)保溫絕熱材料的熱導(dǎo)率一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 鞏固和深化穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的基本理論，學(xué)習(xí)用平板法測(cè)絕熱材料熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)方法和技能2、 測(cè)定實(shí)驗(yàn)材料的熱導(dǎo)率3、 確定試驗(yàn)材料熱導(dǎo)率與溫度的變化關(guān)系二、 實(shí)驗(yàn)原理熱導(dǎo)率是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對(duì)不同的材料，熱導(dǎo)率各不相同；對(duì)同種材料，熱導(dǎo)率會(huì)隨溫度、壓力、含濕量、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和密度等因素而不同。各種材料的熱導(dǎo)率都是采用實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定的，如果分別考慮不同因素的影響，就需要對(duì)各種因素加以試驗(yàn)，往往不能只在一種試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行。穩(wěn)態(tài)平板法是應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的基本原理來測(cè)定材料熱導(dǎo)率的方法，可以用來測(cè)定材料的熱導(dǎo)率及其與溫度的變化關(guān)系實(shí)驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的導(dǎo)熱量Q和平板兩面的溫差t成正比，與平板的厚度成反比，與熱導(dǎo)率成正比的關(guān)系來設(shè)計(jì)的由一維穩(wěn)態(tài)理論，通過薄壁平板（壁厚小于十分之一壁長(zhǎng)與壁寬）的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱量為 w測(cè)試時(shí)，如果能夠測(cè)得平板兩面的溫差t=tR-tL、平板厚度、垂直熱流方向的導(dǎo)熱面積A和通過平板的熱流量Q，即可根據(jù)下式計(jì)算得出熱導(dǎo)率： W/m.上式計(jì)算得出的熱導(dǎo)率是當(dāng)時(shí)平均溫度下材料的熱導(dǎo)率值，此平均溫度為 在不同的溫度和溫差條件下測(cè)出相應(yīng)的熱導(dǎo)率，將值標(biāo)在坐標(biāo)圖內(nèi)，就可得出=f()的關(guān)系曲線三、 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量?jī)x表穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)絕熱材料熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1和圖2所示。被試驗(yàn)材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積300x300mm2,實(shí)際導(dǎo)熱計(jì)算面積A為200x200mm2,板的厚度為mm。平板試件被夾緊在加熱器的上下熱面和上下水套的冷面圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體示意圖（循環(huán)冷卻水的水箱與水泵未示出）之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下試件熱面的加熱，上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水（或通以自來水）來實(shí)現(xiàn)。中間200X200mm2部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為使主加熱器的熱量能全部單向通過上下兩個(gè)試件，并通過水套的冷水帶走，在主加熱器四周（即200X200mm2之外的四側(cè)）設(shè)有四個(gè)輔助加熱器（1-4），利用專用的溫度跟蹤控制器使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度一致，以免熱量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度t1(或t2)和水套冷面中心溫度t3（或t4)用四個(gè)熱電偶（埋設(shè)在銅板上）來測(cè)量；輔助加熱器1和輔加熱器2的熱面也分別設(shè)置兩個(gè)輔熱電偶t5和t6（埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上），其中一個(gè)輔熱電偶t5或t6接到溫度跟蹤控制器上，與主加熱器中心接來的主熱電偶t2或t1的溫度信號(hào)比較，通過溫度跟蹤器使全部輔助加熱器都跟蹤到與主加熱器的溫度相一致。而在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，可以通過熱電偶t1（或t2）和熱電偶t3(或t4）測(cè)量出一個(gè)試件的兩個(gè)表面的中心溫度。也可以再測(cè)量一個(gè)輔熱電偶的溫度，以便于主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制與跟蹤情況。溫度是利用電位差計(jì)和轉(zhuǎn)換開關(guān)來測(cè)量的。主加熱器的電功率可以用電功率表或電壓表和電流表來測(cè)量。圖2 試驗(yàn)臺(tái)的電路聯(lián)圖（用電位差計(jì)測(cè)溫未示出）附實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)1 試驗(yàn)材料：2 .試件外型尺寸：300x3003 導(dǎo)熱計(jì)算面積 A：200x200 （即主加熱器的面積）4 試件厚度： （實(shí)測(cè)）5 主加熱器電阻值： 6 輔加熱器（每個(gè)）電阻值：7 熱電偶材料：鎳鉻一鎳硅8 試件最高加熱溫度： 80四、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、 將兩個(gè)平板試件仔細(xì)地安裝在加熱器的上下面，試件表面應(yīng)與銅板嚴(yán)密接觸，不應(yīng)有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應(yīng)在上面加壓一定的重物，以使它們都能緊密接觸。2、 聯(lián)接和仔細(xì)檢查各接線電路。將主加熱器的兩個(gè)接線端用導(dǎo)線接至主加熱器電源；而四個(gè)輔助加熱器經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路（實(shí)驗(yàn)臺(tái)上己聯(lián)接好），并按圖2所示聯(lián)接到輔加熱器電源上和跟蹤控制器上。電壓表和電流表（或電功率表）應(yīng)按要求接入電路。將主熱電偶之一 （或）接到跟蹤控制器面板上左側(cè)的主熱電偶接線柱上，而將輔熱電偶之一 （或 ）接到跟蹤控制器上的相應(yīng)接線柱上。把主熱電偶（或）、水套冷面熱電偶（或 ）和輔熱電偶 （或 ）都接到熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān)上，轉(zhuǎn)換開關(guān)與電位差計(jì)的“未知”相接。3、 檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，各熱電偶是否正常完好，校正電位差計(jì)的零位。4、 接通加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合在的電壓，開始加溫，同時(shí)開啟溫度跟蹤控制器。在加溫過程中，可通過各測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)量來控制和了解加熱情況。開始時(shí)，可先不啟動(dòng)冷水泵，待試件的熱面溫度達(dá)到一定水平后，再啟動(dòng)水泵（或接通自來水），向上下水套通人冷卻水。試驗(yàn)經(jīng)過一段時(shí)間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開始趨于穩(wěn)定。在這過程中可以適當(dāng)調(diào)節(jié)上加熱器電源、輔加熱器電源的電壓，使其更快或更利于達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次電功率W（或電壓V和電流1）讀數(shù)記錄和溫度測(cè)量，從而得到穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果。5、 一個(gè)工況試驗(yàn)后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，即調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進(jìn)行測(cè)試，得到另一工況的穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過大，一般在 510w為宜。6、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行多次工況的測(cè)試。（工況以從低溫到高溫為宜）。7、 測(cè)試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，并關(guān)閉跟蹤器，經(jīng)過10分鐘左右后再關(guān)閉水泵（或停放自來水）。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取實(shí)驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量（即主加熱器的電功率）：Q=W ( 或IV) WW一主加熱器的電功率值 WI一主加熱器的電流值 A V一主加熱器的電壓值 V由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個(gè)試件（試件1和試件2）傳導(dǎo)，所以 W試件兩面的溫差： 一試件的熱面溫度（即或） 一試件的冷面溫度（即或） 平均溫度為 平均溫度為 t 時(shí)的熱導(dǎo)率：將不同平均溫度下測(cè)定的材料熱導(dǎo)率在 坐標(biāo)中得出 的關(guān)系曲線，并求出=f() 的關(guān)系式。六、 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)報(bào)告舉例1、 實(shí)驗(yàn)裝置電路連接圖實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路連接圖（用電位差計(jì)測(cè)溫未示出）2、 實(shí)驗(yàn)記錄試 驗(yàn) 材 料 ：聚氯乙烯試件外型尺寸 ：300 X 300mm2試件導(dǎo)熱面積 ：200X200 mm2（即主加熱器面積）試件厚度 ：15mm主加熱器電阻值：100輔加熱器電阻值：4 X 25熱 電 偶 材料 ：鎳鉻鎳硅注 tR,tL為熱電偶用電位差計(jì)測(cè)出的毫伏數(shù)換算出的讀數(shù)溫度。實(shí)際溫度=讀數(shù)溫度+環(huán)境溫度實(shí)驗(yàn)記錄表測(cè)讀時(shí)間時(shí) 分試件中心位置熱面溫度tR（）試件中心位置冷面溫度TL（）（）Q(W)備注10：0016.25-2.38試驗(yàn)最后室溫：22冷卻水溫：2710：3021.50-1.5011：0027.60-0.7511：3029.950.0012：0033.001.2512：3034.752.3513：0035.332.9713：