热扩散系数和导热系数(精品)

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1、 单平面热源法测定材料的热扩散系数和导热系数一、 一、实验目的1进一步了解非稳态测量方法的特点，理解单平面热源法测定材料的热扩散系数与导热系数的基本原理；2了解试件构成原理，加深对实现“无穷大条件”方法的理解；3学会使用DRM1型导热系数测定仪，测定给定材料的导热系数和热扩散系数。二、 二、实验原理 本实验是依据半无限大物体在恒热流作用下的非稳态导热过程设计的。考虑图41所示的初始温度为的半无限大均质常物性物体，当其左表面在0时突然受到恒定热流加热，则其导热过程可用下述数学模型描述， （1）式中，T是时刻物体内部任一点x处的温度（），a是材料的热扩散系数（，是材料的导热系数W/(m)，而和x是

2、时间（s）和空间位置坐标（m）。 不难证明，上述问题的解为，(x,)= （2）其中，(x,)=T （3） （4）而ierfc()是补误差函数的一次积分值，它可从附表中查得。 这样，如果我们不同时刻x=0和x=处的过余温度(0,)和(，则由于 （5） （6） （7）将（5）（6）两式相除，整理后得到， （8）式（8）中的右端项均为实验侧得的已知量，求解这个方程，就可以得到，而按（7）式， （9）求得热扩散系数a后即可由（5）式或（6）是求出导热系数，进而如果我们知道材料的密度就可以算出比热c， （10）实际实验时，多采用“加热冷却法”，即，当试件从=0被加热到=后，将电源切断（，任其自由冷却，按

3、线性迭加原理，(x,)= （11） （12）其中 （13）这样，如果我们自=0时刻开始加热后，在时刻测得x=处的过余温度，按（11）式， （14）然后，在时切断电源，到时刻测得x=0处的过余温度，按式（12） （15）（14）式与（15）式相除，整理后得到， （16）其中的定义同（7）势，而Y是一个实验测得的常数： （17）求解（16）式即可得到，进而由式（9）求得热扩散系数a，从而由（15）式求得导热系数 （18）三、 三、实验设备 本实验采用天津建筑仪器厂生产的定型产品DRMI型导热系数测定仪，该仪器的详尽板面不知请参见仪器说明书。它主要分三个部分1试件部分：包括试件台、夹具。其中为了便于

4、测温和计算加热量，试件分为三块，如图42所示，其中三个时间的厚度满足下述关系， （19）这样前述各式中的 （W/） (20)其中I是电流强度A，R是电加热器的电阻（），而F是加热器的有效加热面积（）。同时为了满足无限平板的条件，要求试件在其它方向上的几何尺寸应至少大于8。同时为了保证满足半无穷大这一条件，要求大于（34），并且实验时要监测试件外表面A处的温度，保证在实验时间内它不发生明显的变化。2加热系统：采用薄膜平面型加热器。为了能准确地测得电加热器的功率，在加热器线路中串联上一个0.01的标准电阻。用电位差计测量该标准电阻上的电压降U(mv)，则通过电加热器的电流强度I为， I=0.1U

5、(A) (21)而电加热器的加热功率按下式算出， （W） (22)3.温度测量系统：热电偶用0.1的铜康铜制作，热电势的测量用高精度UJ31电位差计并配有AC15/5型检流计。四、 四、实验方法（一）实验前的准备工作1制作截面为200200mm的试件三块，按前面的要求，各块厚度分别为，+，和=（34）。2开启总电源，并将45V电源调到试验所需的电压值；然后接通6V稳压电源，输出电压为6V并稳定2030分钟；3用天平称出试件质量，记下试件几何尺寸；4将试件放入夹具内，按图42放入热电偶和加热器；5将试件台上的两个加热器插头插入加热器引线的插座上，用电位差计“未知2”进行检测，电位差计读数应为0.

6、24U(U为电压表指示值)毫伏左右，并通过检流计观察加热电源，当其稳定时方可开始实验；6校正检流计光点指零；电位差计调零，然后将电位差计的转换开关指向“未知1”，测量上、下热电区的热电势是否相等，二者相差应小于4V。（二）操作1按热电偶开管“3”，测出下表面热电势然后再按热电偶开关“1”，测出上表面热电势（若冷端温度高于试件温度时，按热偶开关“4”和“2”，此时测出的和为负值）。2按加热按钮并同时启动秒表计时；3移动电位差计刻度盘使其指针指示读数比高出0.08mV，这时检流计光点偏移。随着实验时间的推移，试件温度逐渐升高，所以检流计光点逐渐回零。当指针回到零点时记下秒表读数即时间，此时电位差计

7、的毫伏值为；4按“停止”钮（此时加热器电源即被断开，加热终止）并同时记下秒表读数，即加热时间；5按热电偶开关“3”，移动电位差计刻度盘使刻度值的指示读数（毫伏值）比下面热电偶实际现时热电势低某个值，随着热源面（即x=0处）的温度的降低，检流计光点逐渐回零，大约从过4到6分钟后，调节电位差计刻度盘使光点回零，这时记下秒表读数即时间即电位差计的毫伏读数E；6测量加热器的工作电流。将电位差计的“细”按钮断开，将转换开关指向“未知2”，再接通加热器电源，按下电位差计“粗”按钮，移动刻度盘使光点回零，记下电位差计的读数U，而电流I，I=0.1U (A) (21)7切断电源，使仪器回复原样，实验结束。五、

8、 五、数据处理 按式（16）至式（18）计算出导热系数和热扩散系数a，其中按式（20）和式（21）计算。而过余温度 （22）由热电偶温度热电势对照表查取，其中T(0, )和按E和查取，T(, )和按和查取。六、 六、实验报告1简述实验原理和主要测试方法；2给出所有原始数据；3计算导热系数和热扩散系数，并给出详尽的计算过程。七、 七、思考题1通过误差传递分析，给出选择合适的实验条件的指导性方案；2请将数据处理过程编写成计算机源程序，画出程序框图及使用说明。八、 八、附录附录A：DRM1型导热系数测定仪的主要技术数据1工作电源：220V,50Hz2工作条件： 环境温度 1035 相结湿度 80%3

9、加热器有效面积 0.0237 加热器有效电阻 31.274热电势与温度的换算：t=E(t)25附录B 补误差函数的一次积分值ierfc()ierfc()ierfc()0.000.56420.700.12011.400.01270.100.46980.800,09121.500.00860.200.38660.900.06821.600.00580.300.31421.000.05031.700.00380.400.25211.100.03651.800.00250.500.19961.200.02601.900.00160.600.15591.300.01832.000.0010导热系数的测定

10、授课对象：全院所有工科学生。实验目的：1用稳态平板法测量材料的导热系数。2利用物体的散热速率求传热速率。3学会用作图法求冷却速率。4用热电偶测量温度。实验原理：热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。1 在热稳定状态时，两平行平面，一面散出的热量和另一面传入的热量相等，即散热速率等于传热速率。 散热速率 Q/t=mcK m，c分别是散热盘的质量和比热。 K=T/t是冷却速率（单位时间内温度的改变量） 传热速率 Q/t=TS/h 为导热系数，h、S分别是样品的高度和截面积 T是热稳态时样品上下两表面的温差（T1-T2）。 则导热系数 （样品盘是一个圆盘）2 冷却速率的获得 冷却速率K=T/t。测出散热盘随时间变化的降温过程，并绘出Tt曲线。在曲线上通过平衡温度T2点用镜尺法作该曲线的切线，此直线的斜率K=T/t即为在平衡温度T2时散热盘的冷却速率。