材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定第1頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定方法有穩(wěn)定熱流法和非穩(wěn)定熱流法兩大類(lèi)。每大類(lèi)中又有多種測(cè)定方法。本實(shí)驗(yàn)用穩(wěn)定熱流法中的球體法，非穩(wěn)定熱流法中的平板法進(jìn)行測(cè)定。Ⅰ.穩(wěn)態(tài)球壁導(dǎo)熱測(cè)定法Ⅱ.準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法

Ⅲ.非穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定方法第2頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ.穩(wěn)態(tài)球壁導(dǎo)熱測(cè)定法一．目的意義

在現(xiàn)代工程中，測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的穩(wěn)定態(tài)熱流方法以其原理簡(jiǎn)單、計(jì)算方便而被廣泛應(yīng)用。球壁導(dǎo)熱儀即為其中的方法之一。主要用于測(cè)定粉狀、顆粒狀、纖維狀干燥材料在不同填充密度下的導(dǎo)熱系數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)的目的：

1.加深對(duì)穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程基本理論的理解，建立維度與坐標(biāo)選擇的關(guān)系。2.掌握用球壁導(dǎo)熱儀測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法──圓球法。3.確定材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。4.學(xué)會(huì)根據(jù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)判斷其導(dǎo)熱能力并進(jìn)行導(dǎo)熱計(jì)算。第3頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)相差很大，一般說(shuō)，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)在2.3～417.6W/m·℃范圍內(nèi)，建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.16～2.2W/m·℃之間，液體的導(dǎo)熱系數(shù)波動(dòng)于0.093～0.7W/m·℃，而氣體的導(dǎo)熱系數(shù)則最小，在0.0058～0.58W/m·℃范圍內(nèi)。即使是同一種材料，其導(dǎo)熱系數(shù)還隨溫度、壓強(qiáng)、濕度、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和密度等因素而變化。

二．球壁導(dǎo)熱法的基本原理第4頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)均可從有關(guān)資料或手冊(cè)中查到，但由于具體條件如溫度、結(jié)構(gòu)、濕度和壓強(qiáng)等條件的不同，這些數(shù)據(jù)往往與實(shí)際使用情況有出入，需進(jìn)行修正。導(dǎo)熱系數(shù)低于0.22W/m·℃的一些固體材料稱為絕熱材料，由于它們具有多孔性結(jié)構(gòu)，傳熱過(guò)程是固體和孔隙的復(fù)雜傳熱過(guò)程，其機(jī)理復(fù)雜。為了工程計(jì)算的方便，常常把整個(gè)過(guò)程當(dāng)作單純的導(dǎo)熱過(guò)程處理。

二．球壁導(dǎo)熱法的基本原理第5頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在直徑為d1

和d2

的兩個(gè)同心圓球的圓殼之間均勻地填充被測(cè)材料（可為粉狀、粒狀或纖維狀），在內(nèi)球中則裝有球形電爐加熱器。當(dāng)加熱時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，球壁導(dǎo)熱儀將達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)，內(nèi)外壁面溫度分別恒為t1

和t2

。根據(jù)這種狀態(tài)，可以推導(dǎo)出導(dǎo)熱系數(shù)λ的計(jì)算公式。二．球壁導(dǎo)熱法的基本原理圓球法測(cè)定絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)是以同心球壁穩(wěn)定導(dǎo)熱規(guī)律作為基礎(chǔ)。在球坐標(biāo)中，考慮到溫度僅隨半徑r而變，故是一維穩(wěn)定溫度場(chǎng)導(dǎo)熱。第6頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)傅立葉定理，經(jīng)過(guò)物體的熱流量有如下的關(guān)系：

（44-1）式中：Q──單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)球面的熱流量，W

；

λ──絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·℃

；

dt/dr—

溫度梯度，℃/m

；

A──球面面積，A=4πr2，m2

。對(duì)（44-1）式進(jìn)行分離變量，并根據(jù)上述條件取定積分得

（44-2）二．球壁導(dǎo)熱法的基本原理第7頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

其中：r1、r2分別為內(nèi)球外半徑和外球內(nèi)半徑。積分得：

（44-3）

其中：Q為球形電爐提供的熱量。只要測(cè)出該熱量，即可計(jì)算出所測(cè)隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)。事實(shí)上，由于給出的λ是隔熱材料在平均溫度tm=（t1+t2）/2時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，在實(shí)驗(yàn)中只要保持溫度場(chǎng)穩(wěn)定，測(cè)出球徑d1和d2

，熱量Q以及內(nèi)外球面溫度即可計(jì)算出平均溫度tm下隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)。改變t1

和t2

，則可得到導(dǎo)熱系數(shù)與溫度關(guān)系的曲線。二．球壁導(dǎo)熱法的基本原理第8頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材1.球壁導(dǎo)熱儀

實(shí)驗(yàn)裝置圖如44–1所示。主要部件是兩個(gè)銅制同心球殼1、2，球殼之間均勻填充被測(cè)隔熱材料，內(nèi)殼中裝有電熱絲繞成的球形電爐加熱器3.2.熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)

銅—康銅熱電偶二支（測(cè)外殼壁溫度），鎳鉻—鎳鋁熱電偶兩支（測(cè)內(nèi)殼壁溫度）；均焊接在殼壁上。通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將熱電偶信號(hào)傳遞到電位差計(jì)，由電位差計(jì)檢測(cè)出內(nèi)外壁溫度。3.電加熱系統(tǒng)

外界電源通過(guò)穩(wěn)壓器后輸出穩(wěn)壓電源，經(jīng)調(diào)壓器供給球形電爐加熱器一個(gè)恒定的功率。用電流表和電壓表分別測(cè)量通過(guò)加熱器的電流和電壓。第9頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖44-1球壁導(dǎo)熱儀實(shí)驗(yàn)裝置

1.內(nèi)球殼2.外球殼3.電加熱器4.熱電偶熱端5.轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6.熱電偶冷端7.電位差計(jì)8.調(diào)壓器

9.電壓表10.電流表11.絕熱材料第10頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四．測(cè)試步驟

1.將被測(cè)絕熱材料放置在烘箱中干燥，然后均勻地裝入球殼的夾層之中。2.按圖44-1安裝儀器儀表并連接導(dǎo)線，注意確保球體嚴(yán)格同心。檢查連線無(wú)誤后通電，使測(cè)試儀溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（約3～4小時(shí)）。3.用溫度計(jì)測(cè)出熱電偶冷端的溫度t0。4.每間隔5～10分鐘測(cè)定一組溫度數(shù)據(jù)（內(nèi)上、內(nèi)下、外上、外下）。讀數(shù)應(yīng)保證各相應(yīng)點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化（實(shí)驗(yàn)中以電位差計(jì)顯示變化小于0.02mv為準(zhǔn)），溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)再記錄。共測(cè)試3組，取其平均值。5.測(cè)定并繪制絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)和溫度之間的關(guān)系6.關(guān)閉電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。第11頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五．?dāng)?shù)據(jù)處理

1.測(cè)定數(shù)據(jù)記錄將有關(guān)原始數(shù)據(jù)和測(cè)定結(jié)果記入表44-1中。表44-1測(cè)定數(shù)據(jù)記錄測(cè)定項(xiàng)目123平均值電流I（A）電壓V（V）內(nèi)球表面熱電偶的熱電勢(shì)（mv）上下外球表面熱電偶的熱電勢(shì)（mv）上下材料名稱填充密度ρ=kg/m3內(nèi)球殼外徑d1=cm外球殼內(nèi)徑d2=cm冷端溫度t0=℃第12頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五．?dāng)?shù)據(jù)處理

2.絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算(1):平均溫度的校正根據(jù)冷端t0及測(cè)點(diǎn)平均溫度t可查得冷端電勢(shì)E(t0,0)，結(jié)合原始數(shù)據(jù)中各測(cè)點(diǎn)的平均電勢(shì)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—

測(cè)點(diǎn)平均溫度，℃；

t0—

冷端溫度，℃；

E—

熱電勢(shì)，mv；再由E(t,0)值可查得測(cè)點(diǎn)溫度t1

、t2

。第13頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）電加熱器發(fā)熱量計(jì)算

Q=VI其中：Q—

單位時(shí)間內(nèi)發(fā)熱量，W；

V—

電加熱器電壓，V；

I—

電加熱器電流，A。（3）絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算用（44-3）式計(jì)算材料的導(dǎo)熱系數(shù)。即

五．?dāng)?shù)據(jù)處理

第14頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.確定被測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)和溫度的關(guān)系，并繪制出λ—t曲線由于此實(shí)驗(yàn)達(dá)到熱穩(wěn)定所需時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法在一個(gè)單元時(shí)間內(nèi)進(jìn)行不同溫度下的多組測(cè)量，現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)室在不同溫度下的實(shí)測(cè)結(jié)果列于下表，請(qǐng)完成計(jì)算，將結(jié)果列入表中，并畫(huà)出λ—t曲線。在球壁導(dǎo)熱儀的夾層中均勻地裝入已烘干的玻璃纖維，內(nèi)球外徑d1=105mm，外球內(nèi)徑d2=151mm。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下：

五．?dāng)?shù)據(jù)處理

第15頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表44-2絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)

測(cè)量序號(hào)內(nèi)球壁平均熱電勢(shì)(mv)外球壁平均熱電勢(shì)(mv)室溫(℃)內(nèi)球壁溫(℃)外球壁溫(℃)電流(A)電壓(V)平均溫度(℃)導(dǎo)熱系數(shù)λ(W/m·℃)13.991.15824.80.7815.824.231.08223.50.8116.0534.231.08325.00.8216.0544.571.18125.00.8517.155.451.15922.00.9418.566.011.62219.01.0420.276.431.55423.51.1121.587.171.88123.51.1823.097.662.01023.51.2224.1107.762.12223.51.2324.4118.002.22723.51.3025.3128.972.38123.51.3727.5注：內(nèi)球熱電偶──鎳鉻-鎳鋁熱電偶；外球熱電偶──銅-康銅熱電偶。第16頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ.準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法

一：目的意義

穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定方法需要較長(zhǎng)的穩(wěn)定加熱時(shí)間，所以只能測(cè)定干燥材料的導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)于工程上實(shí)際應(yīng)用的含有一定水分材料的導(dǎo)熱系數(shù)則無(wú)法測(cè)定。基于不穩(wěn)定態(tài)原理的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法，由于測(cè)定所需時(shí)間短（10～20分鐘），可以彌補(bǔ)上述穩(wěn)態(tài)方法的不足且可同時(shí)測(cè)出材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱，所以在材料熱物性測(cè)定中得到廣泛的應(yīng)用。

第17頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本實(shí)驗(yàn)的目的：1．加深對(duì)準(zhǔn)穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程基本理論的理解。

2．學(xué)習(xí)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)量隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的方法，并進(jìn)行導(dǎo)溫系數(shù)計(jì)算。3．掌握使用熱電偶測(cè)量溫差的方法。

Ⅱ.準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法第18頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.基本原理

不穩(wěn)定導(dǎo)熱的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是加熱或冷卻的過(guò)程。非穩(wěn)態(tài)法測(cè)定隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)是建立在不穩(wěn)定導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)上的。根據(jù)不穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程的不同階段的規(guī)律而建立起來(lái)的測(cè)試方法有正規(guī)工況法、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法和熱線法。與穩(wěn)態(tài)法相比，這些方法具有對(duì)熱源的選擇上要求較低、所需的測(cè)定時(shí)間短（不需要熱穩(wěn)定時(shí)間），并可降低對(duì)試樣的保溫要求等優(yōu)點(diǎn)。不足之處在于很難保證實(shí)驗(yàn)中的邊界條件與理論分析中給定的邊界條件相一致，且難以精確獲得所要求的溫度變化規(guī)律。但由于該法的實(shí)用價(jià)值，且已廣泛地應(yīng)用于工程材料的測(cè)試上，特別是在高溫、低溫或伴隨內(nèi)部物質(zhì)傳遞過(guò)程時(shí)的材料熱物性測(cè)試中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。Ⅱ.準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法第19頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

本實(shí)驗(yàn)采用的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法是根據(jù)第二類(lèi)邊界條件、無(wú)限大平壁的導(dǎo)熱問(wèn)題設(shè)計(jì)的。如圖44-2所示，若平壁厚度為2δ，初始溫度為t0，當(dāng)平壁表面維持恒定的熱流密度q時(shí)，在經(jīng)過(guò)一段加熱時(shí)間，即當(dāng)滿足傅立葉準(zhǔn)數(shù)Fo（=ατ/δ2）＞0.5以后，由導(dǎo)熱微分方程可解得：（44-4）

圖44-2

第二類(lèi)邊界條件無(wú)限大

平板導(dǎo)熱的物理模型二.基本原理第20頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中，θ=t–t0

是過(guò)余溫度；K為常數(shù)，對(duì)無(wú)限大平壁K取1，對(duì)無(wú)限大圓柱和球體則分別取2和3。顯然，式（44-4）表明當(dāng)F0

＞0.5后，平壁內(nèi)各點(diǎn)的溫度按線性規(guī)律隨時(shí)間而變化，溫度的變化速率與壁面恒定熱流密度有關(guān)。這種非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱工況即準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況。如果在坐標(biāo)為y1和y2的兩個(gè)規(guī)定點(diǎn)上求出同一時(shí)刻的過(guò)余溫度θ1和θ2

，則此兩點(diǎn)的過(guò)余溫度差為：

（44-5）

二.基本原理第21頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從而導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算式為

（44-6）則對(duì)應(yīng)于上圖y1=δ和y2=0兩處的溫度，式（44-6）變?yōu)?/p>

（44-7）此即準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁法測(cè)定隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的基本公式，即只要知道了平壁表面熱流密度Q及任意兩點(diǎn)的溫度差△t就可以算出被測(cè)試件的導(dǎo)熱系數(shù)。二.基本原理第22頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由于F。＞0.5后試件內(nèi)部任一點(diǎn)的升溫速率dt/dτ為常數(shù)，且對(duì)各點(diǎn)都相等，故若在試樣的中心點(diǎn)處測(cè)得時(shí)刻為了τ1和τ2時(shí)的溫度分別為t1和t2，則由（44-4）式可得

（44-8）

從而得到隔熱材料的比熱容計(jì)算式為（44-9）

二.基本原理第23頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

此外，知道了材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ和比熱容c，即可計(jì)算出材料的導(dǎo)溫系數(shù)a＝λ/cρ（44-10）需要注意的是為了保證測(cè)量時(shí)加熱熱流恒定，應(yīng)采用經(jīng)電子穩(wěn)壓器后的直流電直接加熱。同時(shí)，為了滿足準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工況，應(yīng)連續(xù)觀察兩對(duì)熱電偶給出的溫度變化曲線（采用溫度自動(dòng)記錄儀），只有當(dāng)兩條曲線呈直線變化且相互平行，試件進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱工況時(shí)才可進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。二.基本原理第24頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.實(shí)驗(yàn)器材

如圖44-3所示，將四塊尺寸完全相同的被測(cè)試件（要求試件的橫向尺寸為單塊試件厚度δ的六倍以上）疊放在一起，在1、2試件和3、4試件間各裝人一個(gè)同樣的薄形加熱器（加熱器的熱容量應(yīng)很小可忽略）。在第2、3試件交界面中心及一個(gè)薄形加熱器中心各安裝一對(duì)熱電偶，并分別接到溫度自動(dòng)記錄儀上。在四塊重疊在一起的試件的頂面和底面上分別加上隔熱性能優(yōu)良的保溫層并用機(jī)械方法將其均勻地壓緊。圖44-3

準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平板測(cè)試裝置保護(hù)層

；2—被測(cè)試件；3—薄形加熱器；

4—熱電偶第25頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四.測(cè)定步驟

1．用卡尺測(cè)定試件的外形尺寸。

2．按測(cè)試裝置圖安裝試件、聯(lián)接導(dǎo)線、電源等。

3．接通穩(wěn)壓器，預(yù)熱10分鐘。

4．校對(duì)電位差計(jì)工作電流，確保初始溫度差不得超過(guò)0.1℃。測(cè)冷端溫度。

5．接通電加熱器開(kāi)關(guān)，并提供恒定電流，同時(shí)啟動(dòng)秒表，每間隔1分鐘測(cè)一個(gè)電位值（奇數(shù)時(shí)刻測(cè)與電加熱器相聯(lián)熱電偶未端的熱電勢(shì)，偶數(shù)時(shí)刻測(cè)2、3試件中心熱電偶未端的熱電勢(shì)）。

第26頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

6．通過(guò)溫度自動(dòng)記錄儀連續(xù)觀察兩對(duì)熱電偶給出的溫度變化曲線，當(dāng)兩條曲線呈直線變化且相互平行時(shí)（根據(jù)被測(cè)材料不同，一般在10～20分鐘）表明系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱工況，此時(shí)的溫差即（44-7）式中△t。記下△t（或熱電偶熱電勢(shì)）、電流值I及時(shí)間τ1、τ2。7.切斷電源，取下試件及加熱器，一切恢復(fù)原狀。需要注意，若實(shí)驗(yàn)中途失敗，需待試件冷卻至室溫后（4小時(shí)以上）才能進(jìn)行再次實(shí)驗(yàn)。第27頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五.數(shù)據(jù)處理

（1）平均溫度的校正

E（t，0）＝E（t，t0）＋E（t。，0）（mV）

（44-11）

（2）計(jì)算熱流密度q，計(jì)算式為

（44-12）（3）計(jì)算各物性參數(shù)用（44-7）式計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)，用（44-9）式計(jì)算比熱容，用（44-10）式計(jì)算導(dǎo)溫系數(shù)。第28頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表44-3熱電偶電勢(shì)記錄（mV）序號(hào)加熱中心試件中心τ1τ2123456…試件材料名稱試件材料密度ρ=kg／m試件厚度δ=m試件截面積A=m2冷端溫度t0=℃加熱器電流I=A加熱器電阻R=Ω（為兩加熱器電阻的平均值）第29頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ⅲ.非穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊饬x上述的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定原理是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱原理的一個(gè)特例。表明系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱工況是當(dāng)兩條曲線呈直線變化且相互平行，溫度隨時(shí)間變化為常數(shù)。在實(shí)際測(cè)定中，難以精確實(shí)現(xiàn)此狀態(tài)，至使導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定出現(xiàn)一些誤差。非穩(wěn)態(tài)平壁導(dǎo)熱測(cè)定法則無(wú)此限定。本實(shí)驗(yàn)的目的：1．加深對(duì)非穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程基本理論的理解。2．學(xué)習(xí)非穩(wěn)態(tài)法快速測(cè)量隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱的方法。3．掌握使用熱電偶測(cè)量溫差的方法。第30頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二．基本原理

本實(shí)驗(yàn)采用熱脈沖法。在實(shí)驗(yàn)中對(duì)試樣進(jìn)行短時(shí)間加熱，使實(shí)驗(yàn)材料的溫度發(fā)生變化，根據(jù)其變化的特點(diǎn)，通過(guò)解導(dǎo)熱微分方程的，就可求試驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱。根據(jù)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱原理，對(duì)于無(wú)限大的物體，其一維非穩(wěn)定導(dǎo)熱微分方程是

假定初始時(shí)間τ=0時(shí)，溫度t=t0=常數(shù)。引入過(guò)余溫度θ之后，上式可改寫(xiě)為

（44-13）

第31頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可以驗(yàn)證一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱微分方程的一個(gè)特解為

（44-14）式中：q—

熱流密度，W/m2；

a—

物體的導(dǎo)溫系數(shù),m2/h；x—

離開(kāi)熱源距離,m；

c—

物體的比熱，KJ/m3.℃；γ__物體的容重，kg/m3；Δτ—

熱脈沖加熱時(shí)間,h。

二．基本原理

第32頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在熱脈沖加熱時(shí)間0～τ之間的任一時(shí)刻τ’，實(shí)驗(yàn)材料的溫度升高為

（44-15）令得

（44-16）

二．基本原理

第33頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中，（44-17）

——

高斯誤差補(bǔ)函數(shù)在加熱停止后的某一時(shí)刻τ2，在熱源面（x=0）上的溫度升高為

（44-18）二．基本原理

第34頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由此得到導(dǎo)熱系數(shù)

（44-19）式中q=I2R/s。（44-19）是熱脈沖法測(cè)物體導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算公式。將（44-19）代入（44-16）得

（44-20）式中的各項(xiàng)均能在試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量出來(lái)，因此可以計(jì)算出B(y)函數(shù)的值。根據(jù)該函數(shù)的值可從表44-4上查出自變量y2的值。

二．基本原理

第35頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于，所以導(dǎo)溫系數(shù)的計(jì)算公式是

（44-21）比熱的計(jì)算公式是

（44-22）

二．基本原理

第36頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材

平板導(dǎo)熱儀主要由放置試件的夾具及試件臺(tái)、加熱系統(tǒng)和溫度測(cè)量系統(tǒng)三部分組成。如圖４４－4所示。圖４４－4DRM—1導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀1．WYJ-４５A(chǔ)電源

２．熱電偶開(kāi)關(guān)３．檢流計(jì)

４．電位差計(jì)

５．試件臺(tái)第37頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DRM—1導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀實(shí)物圖第38頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四．測(cè)定步驟㈠試樣制備試樣要求①試件為板狀，以3塊為一組，其中兩塊厚板（尺寸為20×20×（1.5～3）cm3）；一塊薄板（尺寸為20×20×（6～10）cm3）。②一組試件必須為同一配比，其容重差小于5%。③試件厚度應(yīng)均勻，兩表面應(yīng)平行。各試件的接觸面應(yīng)平整且結(jié)合緊密。這樣可以避免形成孔隙而受空氣的影響。④粉狀材料用圍框的辦法，并按上述要求處理。⑤考慮材料的不均勻性，每種材料應(yīng)取樣3～5組。第39頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

①用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的長(zhǎng)、寬和高，精確到0.1mm。②試件容重的計(jì)算試件容重按下式進(jìn)行算

γ=G/V式中，G——試樣的質(zhì)量，kg

；

V——試件的體積，m3

。2.試樣尺寸的測(cè)定與計(jì)算第40頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月㈡測(cè)試前的準(zhǔn)備工作1．接通電源，調(diào)節(jié)加熱電壓至規(guī)定值，打開(kāi)儀器6V電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱20分鐘。2．光點(diǎn)檢流計(jì)零位校正。3．根據(jù)室溫校正UJ31型電位差計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓。電位差計(jì)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)放在標(biāo)準(zhǔn)位置，調(diào)整電位差計(jì)的工作電流。由于標(biāo)準(zhǔn)電池的電壓隨溫度變化，室溫校正按下式進(jìn)行計(jì)算：

Et=E0－[39.94（t－20）+0.929(t－20)2]其中，E0=1.0186V第41頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月㈢測(cè)量步驟

1.按實(shí)驗(yàn)要求把試樣放在樣品架上（如圖44-5所示）。在薄試件的下部放上加熱板及下部熱電偶；在薄試件的上部放上上部熱電偶。注意熱電偶一定要放在試件的中心位置。熱電偶的冷端放在冰瓶?jī)?nèi)。2.電位差計(jì)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)放在未知1，測(cè)出試件的上、下部的初始溫度，要求溫差小于0.004mv（0.1℃）時(shí)實(shí)驗(yàn)方可繼續(xù)進(jìn)行。第42頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖４４－5

試樣放置方法１．厚試件