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1、传热学实验指导实验1稳态平板法测定绝热材料导热系数实验目的1 .巩固和深化一维稳态导热的基本理论，掌握实验方法；2 .学习用平板法测定实验材料的导热系数；3 .测定实验材料导热系数与温度的关系曲线。实验原理导热系数是表征材料导热能力的物性参数。不同材料，导热系数各不相同。对同一种材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质结构等因素的变化而改变。材料的导热系数都用实验方法来测定。如果要考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素设计不同的装置来实验，在一种装置上无法测定所有因素对导热系数的影响。稳态平板法应用平板一维稳态导热的基本原理，实验测定绝热材料的导热系数，并确定导热系数随温度变化的关系。由传
2、热学理论，平板一维稳态导热时的热流量为(1-1)式中Jl一一材料导热系数，W/(m-K)；A平板导热面积，m2；平板厚度，m；Af平板冷、热两面的温差，C。若平板热面温度为4,冷面温度为勿，则(1-2)(1-3)S(t-tb因此，在一维稳态导热条件下，平板材料的导热系数为3_=StA需要指出的是：导热系数对应的定性温度为平板冷、热两面的平均温度，即(1-4)实验装置实验装置如图IT所示.图1-1实验台主体示意图实验材料做成了两块相同的方形薄壁平板，面积为300x30Omm2。平板中间为实验测试部分，即平板试件，其导热面积A为200x20Omm2,板的厚度6可实际测量。实验台主体为“夹心三明治结
3、构”。中心为主加热器，两侧为平板试件，外侧为上、下水套（上、下冷水箱），各部分重叠对称放置，被夹紧以减小接触热阻。加热器的上下面与试件、上下水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。上下水套中通以循环冷却水，可保证试件冷面温度恒定。主加热器为薄膜式加热片，设置在200x20Omm2的部位上。为使主加热器的热量能够全部单向通过两个试件，并被上下水套带走，在主加热器四周（即200x200mm2之外的四周）设有四个辅助加热器，利用专用的温度跟踪控制器，使主加热器的四周与中间的温度保持一致，从而避免热流量向旁侧散失。各接触面铜板上埋设有热电偶，可测量主加热器中心温度。（或G）、上下水套冷面中心温度6
4、（或力）、辅助加热器热面的温度”和，6。其中一个辅助热电偶，5（或4）连接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心热电偶4（或G）的温度相比较，并控制辅助加热器，即所有的辅助加热器都跟踪主加热器，使温度与主加热器保持一致。实验中，由热电偶4（或G）测出试件热面的温度力由热电偶，3（或L）测量试件冷面的温度乙，主加热器的电功率用电功率表或电压表和电流表来测量。试件加热过程中还可以观测辅助加热器的温度，以便与主加热器的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况。实验内容（一）仪器调整1 .将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面上，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器、冷水箱等
5、安装到位后，在上面加压一定的重物，或用夹具夹紧，以使它们都能紧密接触。2 .把实验台上的一个主热电偶和一个辅助热电偶的引出端，分别连接到温度跟踪控制器前面板的相应接插座上。注意：热电偶的“+”端接红色插座，“一”端接黑色插座，不要接错。3 .将主加热器连接到主加热电源（主调压器）电路中，再接入一个测量热功率的电功率表（或电压表和电流表）。4 .如图1-2所示，把后面板中间位置上的两个控制引出端，如同开关一样串接于四个辅助加热器和辅助加热电源（辅调压器）电路中。图1-2实验台电路连接图辅助热电偶HMUV*HHVt 主热电偶iS度跟踪控制5 .准备试验时，将主加热器的电源（主调压器）电压调到合适的
6、电压值上（开始可调到30V）,辅助加热器电源（辅调压器）的电压始终调为主加热电源电压的2倍值。用50V以上的电压加热时，必须注意升温情况，以免过热而造成试样和设备损坏。6 .检查无误后，接通主加热器和辅助加热器电源，并将温度跟踪控制器的电源接上。打开电源开关，即可加热和进行温度自动跟踪。同时，开动水泵，向上下水套通入循环冷水。温度跟踪控制器正常工作时，其绿色小指示灯将一会儿亮一会儿灭。亮时表示辅助加热器接通，灭时为断开，从而进行温度控制。若指示灯长时间不亮或长时间不灭，可能有三种情况：热电偶“+”、“一”端接反；辅助加热电源电压不够高；电路连接有问题。此时，可停机断电后进行检查更正。7 .系统
7、运行一段时间后（0.51小时），就可以开始对试件的热面温度勿、冷面温度人进行测试。待到温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电功率。（或电压U和电流以及温度的测量和记录，从而得到更稳定的测试结果。8 .一个工况试验后，可以将设备调到另一个工况，即调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试，得到另一工况的稳定测试结果。i般通过调节电压来实现功率的调节,电压可在30V60V之间变化，从30V开始每隔5V测试一个工况。9 .测试结束后，先切断加热器电源，并关闭温度跟踪控制器，经过10分钟左右再关闭水泵（或停放自来水）。（二）测量数据L试验台主要参数实验材料：聚氯乙烯试件外形尺寸：300x30Omm
8、2导热面积A：200x20Omme试件厚度b：15mm主加热器电阻值K：IOCKl辅助加热器（每个）电阻值：500热电偶材料：银铭-康铜试件最高加热温度：8（）oC10 实验数据记录表1-1一个工况试验数据记录读数时间（时分）热面温度EK（）冷面温度L（0C）tt-tl(0C)Q(W)备注实验最后室口：冷却水温：注意事项1 .实验开始阶段，试件加热达到稳态时间较长。为节省时间，可在进入实验室后，接通电源，调整加热器功率，打开循环水，事先对试验台预热。2 .在长时间的测试过程中，如果发现热面温度升温过快或过高，且冷面温度也不易稳定时，可适当减低主加热电源电压，并同时改变辅加热器电源的电压(仍保持
9、为主加热电压的2倍左右)，使冷、热面的温度趋向稳定。反之，适当提高主加热电源电压。3 .稳态的判断：在半分钟的时间内，试件冷、热面温差Af基本不变。4 .测试温度不宜超过80C。5 .实验结束时，先断加热器和温度跟踪控制器电源，10分钟后再关水泵。数据处理1 .导热热流量的计算主加热器功率：Q=IU=U2/R(W)(1-5)式中/主加热器的电流值，A：U主加热器的电压值，V；R主加热器的电阻值，o导热热流量：=Q2(W)(1-6)2 .试件的温差及平均温度实验达到稳态后，取连续三次测试结果的平均值。试件两面的温差：=(0C)(1-7)试件的平均温度：7=.+人()(1-8)2式中%试件热面温度，C；tL一一试件冷面温度，C。3 .导热系数的计算(1-9)tA平均温度时的导热系数：式中b平板厚度，m；A平板导热面积，A=0.20.2(m2)o4 .作出导热系数与温度曲线将不同平均温度下的导热系数，描绘在坐标纸上，得到材料的；的关系曲线。问题思考1 .实验中，如何实现平板的一维稳态导热过程？2 .稳态平板法能不能测定非绝热材料的导热系数？说明理由。
