稳态平板法绝热材料导热系数的测定.docx

实验一稳态平板法测定绝热材料导热系数实验
一、实验目的
1．巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。
2.测定试验材料的导热系数。
3．确定试验材料导热系数与温度的关系。
二、实验原理
导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是各不相同的，对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，如果要分别考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种实验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。
实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差Δt成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。
我们知道，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一的壁长和壁宽)的稳定导热量为
Q=〔w〕（1—1）
测试时，如果将平板两面温差Δt=tR-tL、平板厚度δ、垂直热流力向的导热面积F和通过平板的热流量Q测定以后，就可以根据下式得出导热系数，
〔w/m℃〕（1—2）
需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：
〔℃〕（1—3）
在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后按λ值标在λ一坐标图内，就可以得出的关系曲线。
三、实验装置及测量仪器
稳态平板法测定绝热材料导热系数的电器连接图和实验装置如图1—1和图1—2所示。
被试验材料做成两块方形薄壁平板试件，面积为300×300[mm2]，实际导热计算面积F为200×200[mm2]，平板厚度δ[mm]。平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套冷面之间。加热器的上下面、水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水(或通以自来水)来实现。在中间200×200[mm2]部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周(即200×200mm2之外的四侧)设有四个辅助加热器(1—4)，利用专用的温度跟踪控制器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度相一致，以免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度h(或t：)和水套冷面的中心温度I，(或14)用4个热电偶(埋没在铜板上)来测量，辅助加热器1和辅助加热器1的热面也分别设置两个辅热电偶t，和L6(埋没在铜板的相应位置上)，其中一个辅热电偶t5(或t6)接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电偶t：(或h)的温度信号相比较，通过跟踪器使全部辅加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，可以通过热电偶t，(或t：)和热电偶t3(或t4)测量出一个试件的两个表面的中心温度。也可以再测量一个辅热电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况，温度是利用电位差计转换开关来测量的。主加热器的电功率可以用电功率表或电压表和电流表来测量。
[附]实验台主要参数
1．试验材料：
2．试件外型尺寸：300×300mm2
3．导热计算面积F：200×200mm2(即主加热器的面积)
4．试件厚度δmm(实测)
5．主加热器电阻值：Ω
6．辅加热器(每个)电阻值：Ω
7．热电偶材料:镍铬一镍硅
8．试件最高加热温度：≤80℃

图1—1试验台的电器联接图
(用电位差计测温未表示出)

图1—2实验台主体示意
（循环冷却水的水箱和水泵未表示）

四、实验方法和步骤
1．将两个平板试件仔细地安装在主加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。
2．联接和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源；而四个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路(实验台上已联接好)，并按图2所示联接到辅助加热器电源上和跟踪控制器上。电压表和电流表(或电功率表)应按要求接入电路。将主热电偶之一t2(或t1)接到跟踪控制器面板上左侧的主热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一t5(或t6)接到跟踪控制器上的相应接线柱上。把主热电偶t1(或t2)、水套冷面热电偶t3(或t4)和辅热电偶t6(或t5)都接到热电偶转换开关上，转换开关与电位差计的“未知”相接。
3．检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好，校正电位差计的零位。
4．接通加热器电源，并调节到合适的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制器。在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷