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1、、实验目的实验7用球体法测量导热系数实验1、学习用球体法测定粒状材料导热系数的方法。2、了解温度测量过程及温度传感元件。二、实验原理球体法就是应用沿球球壁半径方向一维导热 的基本原理，测定颗粒纤维材料导热系数的实验 方法。在两个同心的圆球所组成的夹层中，放 入颗粒或纤维状材料，粒状材料的导热系数可通 过球体导热仪测定。如图11所示。由均质粒状 材料填充而成的球壁，内外直径分别为d 1及d （半1 2径r及r），它的内外表面温度等于t和t ，内球直1 2 1 2 径为d l = 6 0mm，外球直径为d 2 =200mm， 并维持不变。由于在不大的温度范围内大多数工 程材料的导热系数与温度的关系
2、，均可按直线关 系处理，则将傅利叶定律用于此球壁导热问题。 如图71的边 界条件积分可得到热流量计算式：ri i I厂2 I丨|二兀i (t -1 )( 11)8i 2兀dd (t -1 )1 2 1 2(12)式中:5 球壁厚度 5 = 1(d2 - d1);入一球壁材料在mt二f时的导热系数。m2图71球壳导热过程因此，只要维持内外球壁温度均匀稳定，已知球壁半径d和d，测出内外球1 2壁表面温度t和t,即可由式（12 ）算出材料的导热系数入当实验进行到稳态12m时，由傅立叶定律，通过夹层的导热量：Q = - A公一久drA=4 n r 则有：dr整理得岀： dt = -dr由ri 匕积分得
3、:=2丄即有:”丄）4力耳 r.W/ (m K)用直径表示得出:17rdd1(t -l2)Q = IxU = I2R从上式可以看出，只要在实验进行到稳态的情况下，通过测出内球发出的热 量及通过热电偶测出的内、外球表面的温度，从而就可以计算出来入。实验所 用热电偶为分度号K镍铬一一镍铬热电偶，其温度电势关系式为：t=0.0505x 2 +24.062x+0.704 C, （x为测温电势值）。从上式还可以看出，若改变通过材料的 热量，则内球球壁面的温度作相应的变化，从而使材料处于另一加热状态，这样 就可以在不同的平均温度下t=（t 1 +t 2 ）/2测出试材的导热系数，导热系数随温 度的变化关系
4、也就不难确定了。三、实验设备如图72所示，实验设备组成包括：球体导热仪本体、实验台手动测试系统、计 算机测量系统、数字仪表测量系统。球体导热仪本体是两个球売同心套装在一起， 内球売外径为d，外球売内径为d，在两球売之间填充实验粒状材料，热量由装入1 2内球売中的球形电加热器加热得到。热量穿过内球球壁和被测材料到外球売，外球 売通过自然空气对流方式进行冷却。每个球売布置上下两个温度测点，取其平均值 作为球売温度。球体法便于测定各种散状物料（如沙子、矿渣、石灰等）的导热系 数。手动测试系统通过实验台操作完成手动测量数据，其中，功率测量由电压表和 电流表检测得到，温度测量由电位差计检测得到。计算机测
5、量系统通过计算机运行 监测主画面，实时显示实验测量数据，并计算得到导热系数的测量值等。数字仪表 测量系统通过数字仪表机柜，直接测量得到球壁温度值和热流功率值。四、实验方法及实验数据1. 确认所在实验台上电压表、电流表工作量程及指针读数单位换算。2. 将试验材料烘干，并按一定的容量装入球内。3. 连接并检查线路系统。4. 调电接点温度计的磁帽至所需的温度值。5. 学会用电位差计测量热电偶信号操作要领。6. 估计热球所需的加热功率（热、冷面的温差应大于10C ），并按此范围调节 稳压电源后不再变动，热电偶冷端放入冰筒内（0 C）。7. 观察系统的变化，待到达稳态时用电位差计测出内、外球壁面（t 1
6、 ,t 2 ） 的热电势，并同时记录下加热的电压与电流值。改变加热功率，切换转换开 关，重复做6、7;测取不同AT情况下的A值，记录4个温度测量点数据；读 表得到电压、电流数据。将实验数据记录在表7-1中。O换开关冰点桶电位差计图72球体导热仪实验装置原理结构图 实验数据整理完成表7-1、表7-2的实验数据记录、计算及整理工作。六、实验报告1. 结合课堂讲授的理论及实验内容，学生要提供自编的实验报告书。2. 学生要根据自己所进行的实验独立认真地撰写实验报告。要求字迹工整、数据准 确、观察现象的文字描述层次清晰并应结合理论教学中的知识对实验结果给出分 析和评价。七、思考题1. 简述用球体法测量材
7、料的导热系数的优缺点？2. 如果安装内外球売时略有偏心，导热系数的测定是否会受到影响？为什么3. 试说明悬挂在空中的实验球体，外球売表面的换热方式？如果球売表面有空气流 动或有阳光照射，对导热系数的测量有没有影响？为什么？表7-1实验测量数据记录记录人：同组人：时间：实验参数实验数据实验台球 売 温 度内球売温度外球売温度试材名称内上t1 1内下t1 2外上t2 1外下t2 2mvmvmvmv容重CCCC内平均温度t二1外平均球温度t二2外球直径tm=( t + t)/2=12加热 功率电压 u(V)电流1(A)功率二Q = UI (W)内球直径环境温度导热系 数入 =(w/m C)tm表7-2实验测量数据汇总台号试材测试法实验数据导热系数8 %* 测量误差内外球均温tm加热功率导热系数入1台2台粒状 珍珠LJU岩手动测手动测3台4台粒 状 蛭石手动测手动测3台4台粒 状蛭 石微机 测仪表测*手动测量与微机和仪表测量的相对误差(以手动测量为基准)
用球体法测量导热系数实验
