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稳态法导热系数测定实验

点击次数:14049 发布时间:2010/8/19
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详细介绍:


一、实验目的
 1、通过实验使学生加深对傅立叶导热定律的认识。
 2、通过实验,掌握在稳定热流情况下利用稳态平板法测定材料导热系数的方法。
 3、确定材料的导热系数与温度之间的依变关系。
 4、学习用温差热电偶测量温度的方法。
 5、学习热工仪表的使用方法
二、实验原理
 平板式稳态导热仪的测量原理是基于一维无限大平板稳态传热模型,这种方法是把被测材料做成比较薄的圆板形或方板形,薄板的一个表面进行加热,另一个表面则进行冷却,建立起沿厚度方向的温差。

三、实验设备
 实验设备如图2所示。

图2 平板式稳态法导热仪的总体结构图
1.调压器2.铜板3.主加热板 4.上均热片 5.中均热片
6.下均热片7.热电偶 8.副加热板 9.数据采控系统 10.温度仪表
11.试样装置 12.循环水箱电位器 13.保温材料 14.电位器
 键盘共有6个按键组成, 包括为“5”、“1”、“0.1”3个数据键,“±”正负号转换键,“RST”复位键,“ON/OFF”开关键。
 数据键:根据不同的功能对相应的数据进行加减,与后面的“±”正负号转换键和“shift”功能键配合使用。
 “±”正负号转换键:当“±”正负号转换键为“+”时,在原数据基础上加相应的数值;为“-”时,减相应的数值。
 “RST”复位键:复位数据,重新选择。
 控制板上的四个发光二极管分别对应四路热电偶,发光二极管发光表示对应的热电偶接通。由一台调压器输出端采用并联方式提供两路输出电压,电位器对每路输出电压进行调整,作为两个加热板的输入电压。
四、实验内容
 1、根据提供的实验设备仪器材料,搭建实验台,合理设计实验步骤。调整好电加热器的电压(调节调压器),并测定相关的温度及电热器的电压等试验数据。
 2、对测定的实验数据按照一定的方法测量进行数据处理,确定材料的导热系数与温度之间的依变关系公式。
 3、对实验结果进行分析与讨论。
 4、分析影响制导热仪测量精度的主要因素。
 5、在以上分析结论的基础之上尽可能的提出实验台的改进方法。
五、实验步骤
 1、利用游标卡尺测量试样的长、宽、厚度,测试样3个点的厚度,取其算术平均值,作为试样厚度和面积。
 2、测量加热板的内部电阻。
 3、校准热工温度仪表。
 4、向水箱内注入冷却水。
 5、通过调整电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率,通过4位“LED”显示主加热板和副加热板的温度,根据主加热板的温度,调整电位器改变施加在副加热板的电压,使副加热板的温度与主加热板的温度一致。利用数字电压表测量并记录主加热板电压。
 6、在加热功率不变条件下, 试样下表面和循环水箱下表面的温度波动每5min不超过±1℃时,认为达到稳态。此时,记录主加热板温度、试样两面温差。
 7、通过数据键输入试样面积、厚度等相关参数,由试样面积、厚度、主加热板的电阻、电压、上表面温度及上均热片的上表面温度获得试样的导热系数。
 8、改变电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率件,重复步骤(5至7)测量并记录多个温度下的材料导热系数。
 9、 关掉电源。
六、实验要求
 1、采用精度不低于0. 05 mm的厚度测量工具(游标卡尺),沿试样四周测量四处的厚度,取其算术平均值,作为实验前试样厚度。
 2、用酒精将试件及均热片擦洗干净并晾干,晾干后在其上均匀涂抹导热油。
 3、用调压器将电压调至一定值,保持不变,经一段时间后,待跟试件上下表面接触的铜片各点温度为一定值时,即导热过程达到稳定后记录各点温度及电热器的电压。
 4、改变电加热器的电压(调节调压器),即改变电热器热量使之维持在另一个数值上,跟试件上下表面接触的铜片各点温度达到新的稳定状态后,重复第3项的测量。
 5、用zui小二乘法计算不同橡胶材料的导热系数随温度变化的关系式。
五、实验报告要求
 1、材料温度可取材料上下表面温度的平均值,即,其中:Tw1为试样材料下表面温度,Tw2为试样上表面温度。
 2、实验报告需用专用的实验报告用纸进行书写;
 3、实验报告中必须包含实验目的和实验步骤;
 4、实验报告中必须包括实验数据的记录;
 5、实验报告中必须包括实验数据处理的具体步骤,并有材料的导热系数随温度变化的关系式及关系曲线图;
 6、实验报告中必须有对实验数据结果的分析。

 

 
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