《传热学》实验 球体法测粒状材料的导热系数

《传热学》实验球体法测粒状材料的导热系数

一、实验目的和要求

1、巩固稳定导热的基本理论，学习用圆球法测定疏散物质的导热系数的实验方法

和测试技能。

2、实际测定被试材料的导热系数λ。 m

3 、绘制出材料的导热系数λ与温度t的关系曲线。 m

二、实验原理

圆球法测定物质的导热系数，就是应用沿球壁半径方向三向度稳定导热的基本原理来进行对颗粒状及粉末状材料导热系数的实验测定。

导热系数是一个表征物质导热能力大小的物理量，对于不同物质，导热系数是不相同的，对于同一种物质，导热系数会随着物质的温度、压力、物质的结构和重

度等有关因素而变异。各种不同物质导热系数都是用实验方法来测定的；几何形状

不同的物质可采用不同的实验方法，圆球法是用来疏散物质导热系数的实验方法之

一。

圆球法是在两个同心圆球所组成的夹层中放入颗粒状或粉末状材料，内球为热球，直径为d表面温度为t，外球（球壳）为冷球，直径为d壁面温度为t。根DDvd

据稳态导热的付立叶定律，通过夹层试材的导热量为：

,tt12 [w] ,,111(,)2,,ddm12

在实验过程中，测定出Φ、t 和t，就可以根据上式计算出材料的导热系数：12

,(d,d)21, [w/m ?] ,m,2dd(t,t)1212

改变加热量Φ就可以改变避面温度t 和t，也就可以测出不同的温度下试材的12导热系数，这样就可以在t 和t坐标中测出一条t 和t的关系曲线，根据这条曲1212线即可求出λ=f(t)的关系式。

三、实验装置及测量仪表

球体法实验装置的系统图如图4-1所示，整个测试系统包括：圆球本体装置、交流调压器、交流稳压电源、0.5级瓦特表、UJ33a型电位差计和热电偶转换开关盒等。

圆球本体的示意图如图4-2所示，它由铜质热球球体、冷球球壳、保温球盒和泡沫塑料保温套等组成。热球球体由塑料支架架设在整个圆球本体的中央，球体内

；冷球球壳由两个半球球壳合成，球壳内空，为恒温水套，通以恒温水槽的D 部埋设加热元件，通电后是球体加热，球体表面设有热电偶1，用以测量热球表面循环水流，球壳内壁面设有热电偶2，用以测量冷球壳壁温度t；热球和冷球球壳2温度t

之间的夹层中，可放入疏散颗粒体或粉末体试材料，热球发出的热量将全部通过被

试验材料传导的冷球球壳，并由球壳中的循环水带走。冷球球壳外围的保温球壳也

是通过恒温水槽的循环水流，保温球壳之外还设有泡沫塑料保温套。保温球壳和泡

沫保温套的作用是用以提高测试的精度。

四、实验步骤

1、将待测材料进行烘干；

2、检查内外球和球壳的热电偶是否良好，检查循环水路是否连接好。 1、将烘干的待测材料徐徐加入圆球本体的夹层中，使其均匀分散，但不允许猛力捣，直到待测材料与加料口气平，然后盖上小盖。 2、接通电源，并检查线路和整个系统，调整好仪表（电位差计）的零位读数。

5、将进水接通上水，出水与上水相连，上水阀门（水龙头）慢慢开启，控制水量

尽可能地小。

图4-1 圆球法导热系数测定装置系统图

图4-2 圆球本体装置剖面示意图

6、估计热球所需加热功率（热、冷面温差应大于10oC），并按此范围调节调压器的电源的电压的大小，之后不再更动。然后，观察各项测试数据的变化情况，当各

项测试数据都不随时间变化时，即达到了热稳定状态。此时记录下测试时间和有关

测试数据。以后，每隔30分钟测试和记录一次。在实验过程中要求记录的次数不

少于四次，直到连续四次的数据变化小于1%时为止。由此可以得到一组测试数据。

7、改变加热量Φ，即改变加热电源的电压值，就可以进行如上步骤测得另一组测

试数据。如此，改变几次加热量Φ，就可以得到几组测试数据—n组不同温度下材料导热系数的此时数据。

[建议]本实验需要稳定温度的时间较长，可以先将实验步骤1、2、3由实验室人员准备好，以下实验步骤再由学生来完成。

五、注意事项

1、所有的恒温及保温水套—即冷球球壳和保温球壳都是铜质，夹层内有水道，务

必轻拿轻放，避免碰坏漏水。

2、由于热球的重量较大（约710克），仅靠一细胶木支撑在恒温水套（冷球球壳）

内，因此整个圆球本体必须轻拿轻放，不允许震动和晃动。 3、测试过程中，热球温度不能〉150?。

4、使用仪器仪表要严格遵守操作规程。

六、实验数据处理

1、实验过程中的原始记录数据可填写在建议的表格中实验记录表附注λ t t-t m1212记录时Φ t(?) (w/m.?) (mv) (mv) V(v) I(A) D=60mm 1间 D=200mm 2（时分）

2、导热系数计算：

,(d,d)21, ,m,2dd(t,t)1212

V,I(d,d)21 [w/m ?] ,2,dd(t,t)1212

将在不同温度时测得的试材导热系数值记入记录表中。 3、在坐标纸上绘制试材的导热系数λ 和温度t的关系曲线，并求出λ=f（t）的mm

关系式。