热工基础实验指导书(导热系数测定)..doc

实验二 物质导热系数测定实验 实验目的 学习在稳定热流条件下测定物质导热系数的原理、方法； 确定所测物质导热系数随温度变化的关系； 学习、掌握相关热工测量仪表的结构与使用方法。 实验原理 测定物质导热系数的方法有很多，如稳态平板法、球体法、常功率平面热源法等，本实验采用的是稳态多层圆筒壁同心法，如图1－1所示。 图1－1 稳态多层圆筒壁同心原理示意图 被测试样装满于试样筒内，则被测试样成一圆筒型。设试样筒的内外两侧表面温度分别为th和tl。为防止试样在筒内产生热对流，采用二个很薄的金属套管将其分隔开来，保证热量在试样筒内以导热方式径向传递。套管壁的热阻很小，可以忽略。当试样内维持一维稳态温度场时，则有 （1－1） 其中：λ为试样的导热系数，单位W/m·℃； 为仪器几何常数， 本实验所用仪器为DTI－811型导热系数测定仪，其结构简图见图1－2。 图1－2 DTI－811型导热系数测定仪结构简图 考虑到测定仪端部的热损失为Qn，装在试样筒内且与之同心的加热器所提供的热流Q＝IV，只有Ql是由径向经待测试样传出，故 Q=Ql+Qn=IV （1－2） 仪器端部特性用热阻R（℃/W）表示，有： （1－3） 把式（1－1）、（1－3）代入式（1－2），并令B/R=C，得 W/（m·℃） （1－4） 式中：△t＝（th－tl），单位℃； I、V——电加热丝的电流（A），电压（V）； C——热损失修正常数，C=B/R。 因此，只要维持试样筒内、外侧的温度稳定，测出导热量Ql以及试样筒内外两侧表面的温度th、tl，即可由式（1－4）求得在温度tm＝（th+tl）/2下试样的导热系数。 对于大多数的工程材料的导热系数与温度的关系均可按线性关系处理，即 λ＝λ0（1＋bt） 此式可以通过测试不同的tm值下的λm值确定。 实验装置 如图1－3所示，实验装置包括：DTI－811型导热系数测定仪，DH1718G－4三路跟踪稳压稳流电源，501型超级恒温器，HY2003A型热电偶热电阻测试仪。 图1－3 实验装置示意图 DTI—811型导热系数测定仪结构（见图1-2）： 测定仪由试样筒，加热管，循环水套等组成。试样装在试样筒6内，加热管3和试样筒之间有二层套管4和5，套管将试样分割成3层，各层的径向间距为1~1.6毫米，保证测试过程中试样不会出现对流。试样筒由聚四氟乙烯挡圈14和聚四氟乙烯封塞11控制了试样轴向长度为290毫米。试样柱的外侧由水套借助恒温水域的循环水维持在同一温度tl，试样柱的后端面因深埋在水套内，前端面套在端头水套内，端头水套与外水套串联，故温度维持为tl。加热管内均匀地绕有电阻丝，由稳压电源提供热流Q。 本装置可测定液体、气体、粉末状固体的导热系数。 实验步骤 实验前应先了解实验装置的有关内容，按照指导书接好线路。检查各个仪表开关是否处于初始状态。 准备完毕，经指导教师检查无误后，开始实验。 调节恒温水域的控制温度，使其在预先给定的数值。 依次打开恒温水域电源开关，水泵开关，加热器开关。 接通直流稳压电源开关，调节直流稳压电源电压，使电压读数符合下面的数据： 试 样 空 气 水 电压表读数 7V 15V 当恒温水域稳定约20分钟后，记录电流、电压、th和tl。 大约10分钟后，再记录一次数据，若th和tl与前一次数据基本一致，可认为前一次数据有效。重复进行3次有效测试。 改变恒温水域的控制温度，使其在另一数值上。等整个系统稳定后，重复进行3次有效测试，记录数据。 实验完毕，关闭所有开关。 注意事项 在实验进行过程中，应保持加热器两端的电压稳定。 由于恒温水域的波动，导致测试的数据tl上下跳动属正常现象，读数时可取上下限的中间值。 请勿按动HY2003A型热电偶热电阻测试仪后端的红色按钮。 实验数据的整理 查表将测得的热电偶mV值，换算成温度值，求得Δt、tm。 采用所用测定仪提供的C值修正公式，计算出C值。 用公式计算出值。 在坐标纸上绘出曲线。 思考题 如果后密封塞没有塞紧，将对测试结果产生什么影响？ 若被测试样为水，如果水中空气没有排除干净，对测试结果将产生什么影响？ 物体导热系数测定 实 验 报 告 班级 姓名 日期 实验记录及测算 大气压力