导热系数测量.ppt

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。 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 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2.3～417.6 W/m·℃范围内，建筑材料的导热系数在0.16～2.2 W/m·℃之间，液体的导热系数波动于0.093～0.7 W/m·℃，而气体的导热系数则最小，在0.0058～0.58 W/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。 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，需进行修正。 导热系数低于0.22 W/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。 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。 三．实验器材 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0.02 mv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．数据处理 五．数据处理 2. 绝热材料导热系数计算 (1):平均温度的校正 根据冷端t0及测点平均温度t可查得冷端电势E( t0, 0 )，结合原始数据中各测点的平均电势E( t, t0 )，即可由下式求得E ( t, 0 ) ： E( t, 0 ) = E( t , t0 ) + E ( t0, 0 ) （mv） 其中：t — 测点平均温度，℃ ； t0 — 冷端温度，℃ ； E — 热电势，mv ； 再由E( t , 0 )值可查得测点温度t1 、t2 。 五．数据处理 （2）电加热器发热量计算 Q = V I 其中：Q — 单位时间内发热量，W ； V — 电加热器电压，V ； I — 电加热器电流，A 。 （3）绝热材料的导热系数计算 用（44 - 3）式计算材料的导热系数。即 五．数据处理 3. 确定被测材料导热系数和温度的关系，并绘制出λ— t曲线