导热系数测定讲稿课件.ppt
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- 关 键 词:
- 导热 系数 测定 讲稿 课件
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1、导热系数的测定导热系数的测定Nanjing, China本科生教学课程本科生教学课程传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 温度场:温度场:某一时刻物体中各点温度的分布称为温度场某一时刻物体中各点温度的分布称为温度场),(zyxft ( , , )tf x y z( , )tf x y( )tf x( , , , )tf x y z( , , )tf x y( , )tf x传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 等温面、等温线等温面、等温线温度梯度温度梯度0gradlimntttnn nn热流量热流量单位时间内经某一给定面积单位时间内经某一给定面积A传递的热
2、量,记作传递的热量,记作,单位,单位 W。热流密度热流密度单位面积上的热流量称为热流密度,用单位面积上的热流量称为热流密度,用q表示表示,单位,单位 W/cm2。n传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 傅里叶定律傅里叶定律 grad ttn qn传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 J. Fourier, 法国,法国,1768-1830 导热系数导热系数 一种物性参数,表征材料导热能力的大小;一种物性参数,表征材料导热能力的大小; 越大,导热性能越好。越大,导热性能越好。导热系导热系数数的影的影响因素响因素多孔材料的密度多孔材料的密度状态、成分、结构状态、成分、结构 固体液体气体 金属非金属
3、晶体非晶体0.010.020.040.060.10.20.40.6124610204060100200400600200600100014001800空气甲烷二氧化碳苯(气态)硅藻土冰水硅砖粘土耐火砖镁砖铝(液体)高合金钢合金钢低碳钢钾(液体)锌(液体)钢(液体)锌(固体)铜铝温度温度 / K/ K 导热系数导热系数 w/(mK 温度温度一般来说,表观密度越小,材料所含低热导率一般来说,表观密度越小,材料所含低热导率的介质越多,材料的热导率就越小;但密度太的介质越多,材料的热导率就越小;但密度太小,空隙尺寸变大,对流传热和辐射传热的作小,空隙尺寸变大,对流传热和辐射传热的作用增强,材料的热导率
4、反而增加。用增强,材料的热导率反而增加。传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 与与t的关系的关系0=1+bt ()210211+bttt dttt2121021212ttttttbtt2101+2ttb传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 微元体热力微元体热力学能的增量学能的增量导热微分方程导热微分方程xxtq dydzdydzx xx dxxxxddxx xtdydz dxxx 22xxx dxtdxdydzx 微元体内热微元体内热源的生成热源的生成热tUcdxdydzVdxdydz &22yyy dytdxdydzy 22zzz dztdxdydzz 导入微元的净热量导入微元的净热量笛卡尔
5、坐标系笛卡尔坐标系传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 通过圆筒壁的导热通过圆筒壁的导热dd0ddtrrr1122 wwrrttrrtt单层圆筒壁单层圆筒壁Ld tf r211121ln/ln/wwwttttr rrr1221ddln/wwtttqrrrr 122122ln/wwrl ttrlqrr 21ln/2rrRl同多层平壁导热处理方法类似同多层平壁导热处理方法类似123 142113224332ln/ln/ln/wwl ttrrrrrr 多层圆筒壁多层圆筒壁传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 通过球壳的导热通过球壳的导热单层球壁单层球壁r1r2rr1rr2drt1t2t221 dd0
6、ddtrrrr1122 rr ttrrtt2212121111rrttttrr122124411ttr qrr 121114Rrr类似方法可得到多层球壁的热流量类似方法可得到多层球壁的热流量11411nnttrr 传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 通过平壁的导热通过平壁的导热220d tdx120 xttxtt211tttxt12ttdttqdx UIR12111ttq 123qqqq14312123+ttq23222ttq34333ttq传热学基本知识回顾传热学基本知识回顾 稳态平板法测定非金属材料的导热系数 特点: 公式简单,实验时间长,测量导热量和温度 恒热流准稳态平板法测定材料的导
7、热系数 特点: 公式复杂,实验时间短,需要测量温度随时间的变化主要内容主要内容热导率测量方法:稳态法和非稳态法热导率测量方法也可以根据导热热流在试样上的流向区分:如圆柱试样(轴向法、径向法)、平板法、圆球法 、同心球法等稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 1.巩固导热理论知识,了解建立较严格的一维稳态导热巩固导热理论知识,了解建立较严格的一维稳态导热 的实际方法。的实际方法。2.用用稳态双平板法测定非金属材料的导热系数,确立导稳态双平板法测定非金属材料的导热系数,确立导 热系数和温度之间的依变关系热系数和温度之间的依变关系, 即即=0(1 + bt)或或= A
8、 +Bt。3.学习实际问题的实验研究方法和有关测试技术。学习实际问题的实验研究方法和有关测试技术。实验目的实验目的稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 根据傅里叶导热定律,平板温度场的微分方程为:根据傅里叶导热定律,平板温度场的微分方程为:dxdtBtAdxdtq)(条件条件:设有一块厚度为设有一块厚度为,导热系数为,导热系数为 = A + Bt的无限大平板,的无限大平板,一侧以恒定流密度一侧以恒定流密度q(W/)加热,平板两表面的温度分别保持恒)加热,平板两表面的温度分别保持恒等于等于t1和和t2 。 边界条件:边界条件:x=0, t=tx=0, t=t1 1
9、; ; x= ,t=t x= ,t=t2 212122ttttqAB实验原理实验原理稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 mmBtAttBA221)(21ttqm21ttqm即在平均温度即在平均温度tm=(t1+t2)/2的条件下,板材的导热系数等于在的条件下,板材的导热系数等于在t1和和t2间材料的平均导热系数间材料的平均导热系数m。 12122ttttqABm稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 实验设备实验设备t t5 5 t t6 6,t t7 7 t t8 8; ; 调节辅助加热功率:调节辅助加热功率: t t1 1t
10、t2 2,t t3 3 t t4 412 mm 有机玻璃有机玻璃100 mmt tm m=(t(t5 5+t+t6 6+t+t7 7+t+t8 8)/4)/4稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 )()(8675ttttFkQe24eeDF21ttqm一维导热一维导热计算面积计算面积k装置功率修正系数(小于装置功率修正系数(小于1,耗能),耗能)Q装置加热量(装置加热量(U, I)2/()辅内主外DDDe稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 实验步骤实验步骤1.预习预习实验报告,弄懂实验原理,了解实验装置的结构和实实验报告,弄懂实
11、验原理,了解实验装置的结构和实验方法。验方法。2.将两面已磨平的试件按图示将两面已磨平的试件按图示装入装入实验装置,并压紧。实验装置,并压紧。3.按图示接好直流稳压电源、电压表、电流表和数字电压表按图示接好直流稳压电源、电压表、电流表和数字电压表 的的连接导线连接导线;将超级恒温水浴的出水口用橡皮管并;将超级恒温水浴的出水口用橡皮管并联接联接至至两个两个冷却器冷却器,并将它们的回水用橡皮管引回恒温水浴;,并将它们的回水用橡皮管引回恒温水浴;热电偶热电偶冷端冷端置于冰瓶内,经指导教师检查认可。置于冰瓶内,经指导教师检查认可。4.调节恒温水浴上的控制温度计,设定冷却水温度,调节恒温水浴上的控制温度
12、计,设定冷却水温度,启动恒启动恒温水浴温水浴。5.5.接通直流稳压器,按预先拟定的方案,接通直流稳压器,按预先拟定的方案,调节主、辅加热器的功率调节主、辅加热器的功率,直至达,直至达实验要求。实验要求。6.6.热稳定后,每隔热稳定后,每隔1010分钟采集一次数据,共分钟采集一次数据,共采集三次采集三次。需采集的数据有各对。需采集的数据有各对热电偶输出的热电势、主加热器的电流和电压,将数据填入预先画好的记录热电偶输出的热电势、主加热器的电流和电压,将数据填入预先画好的记录表中,取三次的平均值作为计算值。表中,取三次的平均值作为计算值。7.7.需需做导热方程做导热方程时,可改变水温或主、辅加热器功
13、率,重复时,可改变水温或主、辅加热器功率,重复5 5、6 6步骤,共做步骤,共做6 68 8次实验。将实验数据进行线性回归处理,即可整理出导热方程。次实验。将实验数据进行线性回归处理,即可整理出导热方程。8.测量数据经指导教师审核后,测量数据经指导教师审核后,切断电源,结束实验,整理现场切断电源,结束实验,整理现场。稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 mmBtAttBA221dxdtBtAdxdtq)(稳态平板法测定非金属材料的导热系数稳态平板法测定非金属材料的导热系数 影响导热系数的参数影响导热系数的参数l试样含水量试样含水量 含水(湿)量大,导热系数大,稳
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