测定气体导热系数
用球体法测量导热系数实验
.天津市高等教育自学考试模具设计与制造专业热工基础与应用综合实验报告(三)用球体法测量导热系数实验主考院校:专业名称:专业代码:学生姓名:准考证号:实验7 用球体法测量导热系数实验一、实验目的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1.导热的定义:导热是指物体内的不同部位因温差而发生的传热,或不同温度的两物体因直接接触而发生的传 热.2.温度场: 非稳态 t=f (x,y,z,τ) 稳态 t=f(x,y,z)一维稳态 t=f(x)上式中x,y,z 为空间坐标, τ为时间 3温度梯度:上图中,等温面法向温度增量t ∆与距离n ∆的极限比值的极限。
即:n t nn t n gradt n ∂∂=∆∆=→∆0lim4.傅里叶定律:傅里叶定律的文字表述:在导热现象中,单位时间内通过给定截面的热量,正比例于垂直 于该界面方向上的温度变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
dx dt n t Q λλ=∂∂=其中Q 为导热量,单位为W ;A 为传热面积,单位为m2;T 为温度, 单位为K ;x 为在导热面上的坐标,单位为m 。
5.导热系数:导热系数是表征物质导热能力的物性参数。
一般地,不同物质的导热系数相差很大。
金属的导热系数在2.3~417.6W/m ·℃范围, 建筑材料的导热系数在0.16~2.2 W/m ·℃之间, 液体的导热系数波动于0.093~0.7 W/m ·℃, 气体的导热系数为0.0058~0.58 W/m ·℃范围内。
即使是同一种材料,其导热系数亦随温度、压力、湿度、物质结构和密度等因素而变化dxdt q -=λλ为导热系数,w/m.k6.影响λ的因素:1)温度、密度、湿度及材料的种类的等因素。
对流传热过程是流体与壁面间的传热过程,所以凡是与流体流动及壁面有关的因素,也必然影响 对流传热系数的数值,实验表明传热系数 值与流体流动产生的原因。
导热系数的标准测试方法
导热系数的标准测试方法
导热系数是描述物质传热能力的一个重要参数。
以下是导热系数的常见标准测试方法:
1. 平板法(ASTM C177):将被测样品切割成平板状,并在
两侧施加固定温度差,测量样品上下表面的温度分布和传热速率,计算导热系数。
2. 热流计法(ASTM C518):将被测样品夹在两个热流计之间,通过测量被测样品所产生的热流及两侧温度差,计算导热系数。
3. 热板法(ASTM C518):将被测样品夹在两个加热板之间,通过测量两侧加热板的功率及温度差,计算样品的导热系数。
4. 气体法(ASTM E1530):将被测样品置于两个热源之间,
通过测量加热源输出的功率和被测样品的温度差,计算导热系数。
5. 悬浮热线法(ASTM E1530):将导热棒悬浮在被测样品中,施加恒定的能量,测量导热棒两侧的温度差,计算导热系数。
在进行导热系数测试时,应注意环境温度、样品尺寸和准备工作的标准化,以获得准确可靠的测试结果。
导热系数测量及方法
导热系数测量方法及仪器Jurgen BlummNETZSCH-Geratebau GmbH, Selb/Bavaria, Germany编译:曾智强耐驰仪器(上海)有限公司前 言本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义,激光法、热线法、热流法、保护热流法、保护热板法等几类测量方法的原理与应用,以及德国耐驰公司(NETZSCH)的相关仪器。
在某些应用场合,了解材料的导热系数,是测量其热物理性质的关键。
例如,耐火材料常被用作炉子的衬套,因为它们既能耐高温,又具有良好的绝热特性,可以减少生产中的能量损耗。
航天飞机常使用陶瓷瓦作挡热板。
陶瓷瓦能承受航天飞机回到地球大气层时产生的高温,有效防止航天器内部关键部件的损坏。
在现代化的燃气涡轮电站,涡轮的叶片上的陶瓷涂层(如稳定氧化锆)能保护金属基材不受腐蚀,降低基材上的热应力。
有效的散热器能保护集成电路板与其它电子设备不受高温损坏,散热材料已经成为微电子工业领域关键材料。
在过去的几十年里,已经发展了大量的导热测试方法与系统。
然而,没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域,反之对于特定的应用场合,并非所有方法都能适用。
要得到准确的测量值,必须基于材料的导热系数范围与样品特征,选择正确的测试方法。
基本理论与定义热量传递的三种基本方式是:对流,辐射与传导。
对流是流体与气体的主要传热方式,对固态与多孔材料传热不起重要作用。
对于半透明与透明材料,尤其在高温情况下,必须考虑辐射传热。
除了材料的光学性质外,边界状况亦能影响传热。
关于辐射传热方式的详细介绍见文献一1。
本文主要讨论的是热传导。
热量的传导基于材料的导热性能——其传导热量的能力2。
厚度为x 的无限延伸平板热传导可用Fourier 方程进行描述(一维热传递):xT· △△λ−=QQ 代表单位表面积在厚度(△x)上由温度梯度(△T)产生的热流量。
两个因子都与导热系数(λ)相关联。
在温度梯度与几何形状固定的情况下,导热系数代表了稳态下需要多少能量才能维持该温度梯度。
2-测定气体导热系数
实验二测定气体导热系数物理学为衡量物质传导热的性质设置了导热系数,导热系数代表该物质的导热性能。
导热系数大的物质为热的良导体;导热系数小的物质为热的不良导体。
水的导热性能好,气体的导热性能差。
在气体中不同的气体,导热性能相差悬殊。
比如氦和氢的导热系数比空气大6~7倍,说明氦的导热能力比空气大6~7倍。
在气相色谱分析中,气体导热系数这一热学性质被用来鉴别不同的气体。
“热线法”是测量气体导热系数的基本方法。
为了减少气体对流传热的影响,实验测量在低气压下进行,然后通过线性外推求算实验结果。
【实验目的】l.掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和正确方法。
2.掌握低真空系统的基本操作。
3.学习应用“线性回归”和“外推法”进行实验数据处理。
【实验原理】l.“热线法”测量气体导热系数的原理“热线法”是在样品(通常为大的块状样品)中插入一根热线。
测试时,在热线上施加一个恒定的加热功率,使其温度上升。
测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。
由于被测材料的导热性能决定这一关系,由此可得到材料的导热系数。
本实验将待测气体盛于沿轴线方向装有一根钨丝的圆柱形容器内(如图1),该容器称为测量室。
并给钨丝提供一定的电流使其温度为,设容器内壁的温度近似为室温。
由于,容器中的待测气体必然形成一个沿径向分布的温度梯度,由于待测气体的热传导,将迫使钨丝温度下降,因而无法维持测量室中温度梯度的稳定状态。
只有设法维持钨丝的温度恒为,容器内待测气体的温度分布才能保持为稳定的径向分布的温度场。
图1本实验就是用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度恒为。
这样,每秒钟由于气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为时所消耗的电功率。
不同气体的导热性能(导热系数)不同,则维持钨丝温度恒为所消耗的电功率也不同,因而可以通过测量钨丝消耗的电功率来求算待测气体的导热系数。
图1是测量室的示意图,假设钨丝的半径为,测量室的内半径为,钨丝的温度为,长度为,室温为。
传热计算习题附详细答案
传热计算题1.在一内径为0.25cm的管轴心位置上,穿一直径为 0.005cm的细导线,用以测定气体的导热系数。
当导线以0.5A 的电流时,产生的电压降为0.12V/cm,测得导线温度为167℃,空心管内壁温度为150℃。
试求充入管内的气体的导热系数试分析仪器精度以外造成结果误差的客观原因。
2.有两个铜质薄球壳,内球壳外径为0。
015m,外球壳内径为 0.1m,两球壳间装入一种其导热系数待测的粉粒料。
内球用电加热,输入功率为 50w,热量稳定地传向外球,然后散发到周围大气中。
两球壁上都装有热电偶,侧得内球壳的平均温度为120℃,外求壳的平均温度为50℃,周围大气环境温度为20℃;设粉粒料与球壁贴合,试求:(1)待测材料的导热系数(2)外球壁对周围大气的传热系数3.有一面积为10cm2带有保护套的热电偶插入一输送空气的长管内,用来测量空气的温度。
已知热电偶的温度读数为300℃,输气管的壁温为 200℃,空气对保护套的对流传热系数为60w/m2.k,该保护套的黑度为 0.8,试估算由于辐射造成的气体温度测量误差。
并叙述减小测量误差的途径。
已知 Stefan-Bohzman常数σ=5.67×10-9w/m2k 。
4.用两个结构尺寸相同的列管换热器按并联方式加热某中料液。
换热器的管束由32根长 3m 的Ф25×3mm 的钢管组成。
壳程为120℃的饱和蒸汽。
料液总流量为20m3/h,按相等流量分配到两个换热器中作湍流流动,由 25℃加热到 80℃。
蒸汽冷凝对流传热系数为8Kw/m2.℃,管壁及污垢热阻可不记,热损失为零,料液比热为 4.1KJ/kg.℃,密度为 1000kg/m3。
试求:(1)管壁对料液的对流传热系数(2)料液总流量不变,将两个换热器串联,料液加热程度有何变化?(3)此时蒸汽用量有无变化?若有变化为原来的多少倍?(两者情况下蒸汽侧对流传热系数和料液物性不变)5.某厂现有两台单壳程单管程的列管式空气加热器,每台传热面积为A0=20m2(管外面积),均由128根Ф25×2.5mm的钢管组成。
测定气体导热系数
测定气体导热系数【实验目的】1.掌握低真空系统的基本操作方法,学会正确使用数显式电子真空计。
2.掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和正确方法。
3.学习应用“线性回归”和“外推法”对实验数据进行处理。
【实验原理】1.“热线法”测量气体导热系数的原理1)稳定温度场的建立T2由于T1>T2,容器中的待测气体必然形成一个沿径向分布的温度梯度,由于热传导,钨丝温度下降,本实验用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度恒为T1。
这样,每秒钟由于气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为T1时所消耗的电功率,从而维持测量室中温度梯度稳定。
故通过测量钨丝消耗的电功率来算出单位时间内热传导的热量。
2)由付里叶定律推导气体导热系数K 即气体导热系数。
其中l = 19.5 cm , r 1 = 0.0095 mm, r 2 =7.5 mm . T 2近似等于室温,关键在于Q 与T 1怎么测定。
2) Q 与T 1的测定每秒钟通过气体圆柱面传输的热量Q 等于钨丝所耗散的电功率,即 UI W Q ==对于一定长度为l 的钨丝而言,其电阻值与温度的关系为: 001)(273R R R T α-+= 。
R 0=37.2 Ω,是零度时的电阻值;R=U/I 为实验测量。
13101.5--⨯=C α2.二项修正1)热辐射以及联接钨丝两端的电极棒的传热损失的修正。
2)测量在低气压(133.3帕~1333帕)条件下进行,低气压气体导热系数K 低 与压强P 下导热系数之间的关系:中的K 低和K 可以用Q 低和Q 来代替3.作图法外推求Q 以1/P 为横坐标,1/Q 低为纵坐标作图,所得到的实验曲线将近似为一直线,此直线在纵坐标上的截距即为1/Q【实验内容】1. 熟悉实验装置,选择合适的热线温度外推法求Q1)对照实验装置图熟悉气体导热系数测定仪的基本结构,特别注意三通Ⅰ和三通Ⅱ的旋转操作。
2)校准电子真空计。
3)调节热线的恒温温度T1 (钨丝电阻值为90~100Ω左右) 2.测量钨丝热辐射与电极棒传热耗散的电功率W真空1)预抽真空2)测量W真空在真空度约0.1333帕(或10-3 乇)时测出热线两端的电压U真空及流过它的电流I真空,通过计算得W真空。
测量气体导热系数
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
假设钨丝的半径为R1,测量室的内半径为R2,钨丝的温度为T1, 长度为L,室温为T2。距热源钨丝R处取一薄层圆筒状气体层设其厚 度为dR,长为L内外圆柱面的温度差为dT,没秒钟通过该柱面传输 的热量为Q,根据傅立叶定律有 Q=-KdT/ dR*S=-KdT/ dR*2∏RL 得K=Q/2∏RL*ln(R2/R1)/T1-T2其中K就是要求的气体导热 系数。上式中L,R1,R2为仪器常数测量室内壁温度T2可近似的看 作室温。钨丝的温度恒定为T1,则没秒钟通过气体圆柱面传输的热 量Q就等于钨丝所耗散的电功率,而电功率为:Q=W=U*I,其中 U、I分别为加在钨丝上的电压和电流。根据材料电阻率与温度的关 系,便可通过测量钨丝的而求出它的温度T1。
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
实验数据记录及处理:
1、拟定数据记录表,记录每次测量的电压(V),电流 (A)和压强 (Pa )值。 2、数据处理:
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
思考题:
1、开启或停止真空泵之前应该注意什么问题? 2、使用电子式真空计应注意哪些问题? 3、为什么要先测量低气压下气体的传热数据,再用外 推法去求常压下的 气体的导热系数? 4、为何要测量真空条件下钨丝耗散的电功率? 5、为何要避免系统一边进气一边抽气?
物 理 实 验 教 学 示 范 中 心
实验原理:
“热线法”测量气体导热系数 “热线法”是在阳平中插入一根热线。测试时,在热线上施加一 个恒定的加热功率,使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的 一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决 定这一关系,由此可得到材料的导热系数。 本实验将待测气体充入沿轴线方向装有一根钨丝的圆柱形容器内, 该容器称为测量室;并给钨丝提供一定的电流使其温度为T1,设容 器内壁的温度近似为室温T2。由于T1>T2,容器中的待测气体必 然形成一个沿径向分布的温度梯度,本实验用热线恒温自动控制系 统来维持恒定的径向分布温度场。这样,每秒钟由于气体热传导所 耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为T1时所消耗的电功率。不同 气体的导热性能不同,维持钨丝温度恒为T1所消耗的电功率也不同, 因而可以通过测量钨丝消耗的电功率来求得待测气体的导热系数。
圆球导热系数、中温法向实验指导书、气体定压比热、空气绝热指数
实验 气体定压比热测定一、实验目的1. 了解气体比热测定装置的基本原理和装置结构。
2. 熟悉本实验中温度、压力、热量、流量的测量方法。
3. 掌握由测量数据计算定压比热的方法。
4. 分析本实验中误差产生的原因及减小误差的可能途径。
二、实验原理根据定压比热的概念,气体在t ℃时的定压比热表示为p dq c dt=(1)当式(1)的温度间隔dt 为无限小时,p c 即为某一温度t 时气体的真实定压比热(由于气体的定压比热随温度的升高而增大,所以在给出定压比热的数值时,必须指明是哪个温度下的定压比热)。
如果已得出()p c f t =的函数关系,温度由1t 至2t 的过程中所需要的热量即可按下式求得:22211()d p q c dt a bt ct t ==+++⎰⎰(2)上式采用逐项积分来求热量十分复杂。
在本实验的温度测量范围内(不高于300℃),空气的定压比热与温度的关系可近似认为是线性,即可表示为:p c a bt =+(3)则温度由1t 至2t 的过程中所需要的热量可表示为:()21d t t q a bt t =+⎰(4)由1t 加热到2t 的平均定压比热容则可表示为:()21211221d 2t t t p t a bt t t t ca bt t ++==+-⎰ (5)实验中,通过实验装置是湿空气,当湿空气气流由温度1t 加热到2t 时,其中水蒸气的吸热量可用式(4)计算,其中 1.833a =,0.0003111b =,则水蒸气的吸热量为:()21w w 1.8330.0003111d t tQ m t t =+⎰()()22w 21211.8330.0001556kJ/s m t t t t ⎡⎤=-+-⎣⎦(6)式中:w m ——气流中水蒸气质量,kg/s 。
则干空气的平均定压比热容由下式确定:()()21w w 21w 21()()pp t pmt Q Q Q c m m t t m m t t '-==---- (7)式中:p Q '为湿空气气流的吸热量。
热线法测量导热系数
热线法测量导热系数1.导热系数测定原理热物性是物质在受热过程中表现出来的属性一般都用宏观的方法研究与测热物性测定的一个共同特点是人为地安排一个热过程,然后对热过程进行测所直接测量的物理量有温度、时间、长度、质量、电流、电压等,再根据一关系式计算出热物性,因而热物性测定属于间接测定。
导热系数是物质重要物性参数,其测定方法的研究是通过建立适当的物理模型,根据热量传递理行数学分析,导出直接测量的物理量与导热系数之间的关系,并借助于误差,指导改进试验方案的设计和提高导热系数测定值的精度[1]。
对所有材料而言,凡是能为下式(傅立叶导热方程式)的特解提供所需边界条件的任何仪器,都可测定导热系数。
式中,ρ为密度,c 为比热容,z y x λλλ、、分别对应x 、y 、z 方向上的导热系数。
对于各向同性的介质,方程简化为由推测的温度分布随时间的变化函数关系计算出热扩散率,然后再根据热容确定导热系数λ。
对于各种导热系数的测定方法,概括起来就是确定一个导热过程的物理模型,并导出描述这一过程规律的微分方程,求在一定单值条件下微分方程的解,在实验中要满足这些条件,最后将测量结果带入微分方程的解中,进而求得微分方程中的物性参数λ的值。
2 导热系数测定方法在实际工程中,各种固体材料的导热系数相差很大,其变化范围从与已知气体一样低的数值到比气体的导热系数高几个数量级。
对于高电导率余属,可以观测到其导热系数是相当之高。
因而在实际导热系数λ的测试研究中,必须应用各种极为不同的方法来测量各种不同固体材料的导热系数。
由于物理模型、实验方案及实验装置的不同,有许多导热系数的测定方法,如果按照热流状态分,可分为稳态法和非稳态两大类,也有两者结合的综合法,详述如下。
稳态法是在待测试样上温度分布达到稳定后进行实验测量,其分析的出发点是稳态导热微分方程。
这种方法的特点是实验公式简单,实验时间长,需要测量热流量和若干点的温度。
在稳态法中将直接测量热流量的方法称为绝对法,通过测量参比试样的温度梯度,间接测定热流量的方法称为比较法。
导热系数测试标准
导热系数测试标准导热系数是描述材料导热性能的重要参数,它对材料的热传导能力起着决定性的作用。
因此,对于各种材料的导热系数进行准确的测试是非常重要的。
为了确保测试结果的准确性和可比性,国际上制定了一系列的导热系数测试标准,以规范和统一测试方法和程序。
首先,导热系数测试标准需要明确测试的对象。
不同类型的材料,如固体、液体、气体等,其导热系数测试的方法和标准都有所不同。
对于固体材料,常用的测试方法包括热板法、热流计法和热导率计法等,而对于液体和气体材料,则需要采用不同的测试设备和方法。
因此,在进行导热系数测试之前,首先需要根据测试对象的特性选择合适的测试方法和标准。
其次,导热系数测试标准需要明确测试的条件和环境。
温度、压力、湿度等因素都会对导热系数的测试结果产生影响,因此在进行测试时需要严格控制测试条件和环境。
例如,对于固体材料的导热系数测试,常常需要在恒定温度下进行,而对于液体和气体材料,则需要考虑到其流动性和传热特性。
因此,测试标准需要明确各种测试条件的要求,以确保测试结果的准确性和可比性。
另外,导热系数测试标准需要明确测试的步骤和程序。
测试步骤和程序的规范性和一致性对于测试结果的准确性至关重要。
在进行导热系数测试时,需要严格按照标准规定的步骤和程序进行,包括样品的准备、测试设备的校准、测试条件的设定、数据的采集和处理等。
只有在严格遵循测试标准的情况下,才能得到准确可靠的测试结果。
最后,导热系数测试标准需要明确测试结果的表达和评定。
测试结果的表达和评定直接关系到测试结果的可比性和实用性。
因此,测试标准需要明确测试结果的表达方式和评定方法,包括导热系数的计算公式、数据的处理方法、结果的表达形式等。
只有在测试结果的表达和评定方面也得到规范和统一,才能保证不同实验室和不同测试条件下得到的测试结果是可比的。
综上所述,导热系数测试标准是对导热系数测试方法和程序的规范和统一,其制定和实施对于保证测试结果的准确性和可比性至关重要。
热工基础实验指导书(导热系数测定)
实验二 物质导热系数测定实验一、实验目的1. 学习在稳定热流条件下测定物质导热系数的原理、方法; 2. 确定所测物质导热系数随温度变化的关系;3. 学习、掌握相关热工测量仪表的结构与使用方法。
二、 实验原理测定物质导热系数的方法有很多,如稳态平板法、球体法、常功率平面热源法等,本实验采用的是稳态多层圆筒壁同心法,如图1-1所示。
图1-1 稳态多层圆筒壁同心原理示意图被测试样装满于试样筒内,则被测试样成一圆筒型。
设试样筒的内外两侧表面温度分别为t h 和t l 。
为防止试样在筒内产生热对流,采用二个很薄的金属套管将其分隔开来,保证热量在试样筒内以导热方式径向传递。
套管壁的热阻很小,可以忽略。
当试样内维持一维稳态温度场时,则有)()()/ln(212l h l h l t t Bt t r r l Q -=-=λπλ (1-1)其中:λ为试样的导热系数,单位W/m ·℃;lr r B π2)/ln(12=为仪器几何常数, 本实验所用仪器为DTI -811型导热系数测定仪,其结构简图见图1-2。
图1-2 DTI -811型导热系数测定仪结构简图考虑到测定仪端部的热损失为Q n ,装在试样筒内且与之同心的加热器所提供的热流Q =IV ,只有Q l 是由径向经待测试样传出,故Q=Q l +Q n =IV (1-2)仪器端部特性用热阻R (℃/W )表示,有:)(1l h n t t RQ -=(1-3) 把式(1-1)、(1-3)代入式(1-2),并令B/R=C ,得C tBIV-∆=λ W/(m ·℃) (1-4) 式中:△t =(t h -t l ),单位℃;I 、V ——电加热丝的电流(A ),电压(V ); C ——热损失修正常数,C=B/R 。
因此,只要维持试样筒内、外侧的温度稳定,测出导热量Q l 以及试样筒内外两侧表面的温度t h 、t l ,即可由式(1-4)求得在温度t m =(t h +t l )/2下试样的导热系数。
测定气体导热系数
测定气体导热系数
气体导热系数是指单位时间内气体单位面积的热流量与温度梯度的比值,通俗的说就
是热量在气体中传递的能力。
气体导热系数的测定对于各类气体的热传导性能了解、开发
新的气体制冷技术、制定过程安全防范措施、调控大气的热力学平衡等领域有极大的意义。
目前常见的测定方法有两种,即热传导仪和热桥法。
1.热传导仪法
热传导仪法是最为普遍、简单、易于操作的测定气体导热系数方法。
其原理是在一定
温度梯度下,利用热传导仪器,通过气体流经装置,测定单位面积通量或热流量的变化,
从而得到气体的导热系数。
该方法仪器简单、操作方便、测量误差小,但缺点是仅适用于
低压、低温、小流量的气体,因其要求通过流量较小,且流动方式为稳态状态的气体。
在
实验中,需注意热传导仪器的清洁度、稳定性、气体的干燥度、纯度及其他环境因素对实
验的影响。
2.热桥法
热桥法是通过制作多层绝缘材料的热电偶和利用温差引起的电势差比较,间接测定气
体导热系数。
该方法适用于高压、高温、大流量的气体,但其仪器复杂、操作繁琐、误差
较大。
在实验中,需注意热电偶的准确度、检查接触度、选取良好的绝缘材料。
总结:
气体导热系数的测定方法较多,上述两种方法是应用较为广泛的方法,根据实验需求
选择适当的方法进行测定。
在实验操作中,应注意实验仪器的准确性、气体环境参数的控制,以确保数据可靠性。
确定气体的导热系数对于各类领域的研究都有着重要的意义和
价值。
导热系数的测定实验
导热系数的测定由于温度不均匀,热量会从温度高的地方向温度低的地方转移,这种现象叫做热传导。
热传导是由物质内部分子,原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。
热传导的机理非常复杂,对流体特别是气体而言,由于温度是气体平均动能的量度,高温区分子运动速度比低温区分子要快,分子连续无规则运动,通过互相碰撞交换能量和动量,热量就由高温区向低温区转移,简而言之,气体的热传导是由于分子不规则的热运动引起的;液体热传导的机理与气体类似,但是液体分子间距要小得多,分子力场对分子碰撞过程中能量交换影响很大;而固体是通过晶格振动和自由电子迁移传导热量,自由电子传递的能量比晶格振动传递的能量大得多。
金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量;对于非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的。
热传导是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。
导热系数(又称导热率)是反映材料热性能的重要物理量,导热系数大、导热性能好的材料称为良导体,导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。
一般来说,金属的导热系数比非金属的要大,固体的导热系数比液体的要大,气体的导热系数最小。
因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化,而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值,所以在科学实验和工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。
测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类。
在稳态法中,先利用热源对样品加热,样品内部的温差使热量从高温向低温处传导,样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动;当适当控制实验条件和实验参数使加热和传热的过程达到平衡状态,则待测样品内部可能形成稳定的温度分布,根据这一温度分布就可以计算出导热系数。
而在动态法中,最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的,如呈周期性的变化,变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响,与导热系数的大小有关。
导热系数的测定方法.
实验时,在直径为 d1 和 d2 的两个同心圆球的圆壳之间均匀地填 充被测材料(可为粉状、粒状或纤维状),在内球中则装有球形电 炉加热器。当加热时间足够长时,球壁导热仪将达到热稳定状态, 内外壁面温度分别恒为 t1 和 t2 。根据这种状态,可以推导出导热系 数λ的计算公式。
根据傅立叶定理,经过物体的热流量有如下的关系: (44-1) Q=-λ Adt/dx 式中: Q ── 单位时间内通过球面的热流量,W ; λ ── 绝热材料的导热系数,W/m· ℃; dt/dx— 温度梯度,℃/m ; A ── 球面面积,A = 4π r2,m2 。
Q( d 2 d1 ) 2 ( t1 t 2 )d1 d 2
(44-3)
其中:Q为球形电炉提供的热量。只要测出该热量,即可计算出所测隔热材料 的导热系数。 事实上,由于给出的λ是隔热材料在平均温度 tm =(t1+t2)/2时的导热系数。因 此,在实验中只要保持温度场稳定,测出球径d1和d2 ,热量Q以及内外球面温度 即可计算出平均温度tm下隔热材料的导热系数。改变 t1 和 t2 ,则可得到导热系数 与温度关系的曲线。
计显示变化小于0.02 mv为准),温度达到稳定状态时再记录。共测 试3组,取其平均值。
5.测定并绘制绝热材料的导热系数和温度之间的关系
6.关闭电源,结束实验。
对(44 -1)式进行分离变量,并根据上述条件取定 积分得 dt Q Q A dt(44 - 2)
dx
A
dx
dr Q 2ldt r 假定导热系数λ 为常数,在圆筒壁的内半径 r1和外半径r2间进行积分
dt dt Q A 2rl dx dr
导热系数的测定方法
大学物理实验——测定气体导热系数
大学物理实验——测定气体导热系数本实验旨在测定气体导热系数,通过该实验,我们可以掌握气体导热的基本原理和测定方法。
实验原理:热传导是一种物质内部热量传递的方式,当物体的一部分温度升高,部分分子动能增加,随之将多余的能量传递给邻近分子,这样能量逐渐从高温区转移到低温区,直到整个物体达到热平衡。
在气体中,热传导只能通过分子之间的碰撞,因此气体的热传导主要与气体分子的平均自由程有关。
气体不同于固体和液体,气体的物态比较松散,分子之间的距离远大于其大小,而且由于气体的热运动导致气体分子彼此迅速交换着位置和速度。
因此,气体的热传导比固体和液体要弱,热传导系数也要小得多。
气体的导热系数的大小与气体的种类、压力、密度、温度等有关。
该实验测量的是常温下氢气的导热系数,根据气体形状对传热的影响,可以使用圆柱形长短不等的传热棒,利用传热棒的热流量和温度梯度来计算气体的导热系数。
实验设备:传热棒(一个长、一个短)、电流表、电压表、热电偶、恒温水浴池、压力计、气体压缩机等。
实验步骤:(1)首先,在氢气压缩机上打开压力调节阀,将氢气压力调到1.5 MPa左右。
(2)将传热棒置于恒温水浴池中,并通过继电器接通到电源上,使传热棒发热。
(3)在传热棒的长短两端接上电压表、电流表、热电偶等仪器,测量热流量、电压、电流和温度。
(4)将传热棒加热到稳定状态,记录长短传热棒的电流、电压、温度差等数据。
(5)启动气体压缩机,将氢气充入装置中,利用压力计调节气体压力。
(7)重复以上操作,取多组数据。
根据传热学理论,气体导热系数k的计算公式为:k = Q / (2πLΔT)其中,Q为传热棒放出的热量,L为传热棒(长)的长度,ΔT为传热棒的温差。
由于短传热棒的长度很短,可以忽略它的导热作用,不考虑它的热流量,因此,计算气体导热系数时,只需要考虑长传热棒的热流量即可。
Q = P × U × A其中,P为电功率,U为电压,A为传热棒截面面积。
气体的导热系数测定实验
气体的导热系数测定实验
气体的导热系数是指气体传导热量的能力,对于气体的导热系数的测定可以进行以下实验:
1. 热传导实验:将一个圆柱形的气体样品放置在一个恒温的容器中,并在样品上加热一个端口。
在另一个端口上放置一个温度计,测量样品中的温度变化。
通过比较加热端口与测温端口的温度差异和加热功率的关系,可以计算出气体的导热系数。
2. 热传导法:将两个绝热的容器用一个细长的气体样品连接起来,并在其中一个容器中加热气体,同时在另一个容器中测量温度。
通过测量温度变化的速率和加热功率的关系,可以计算出气体的导热系数。
3. 热导率计:使用热导率计测量气体样品的导热系数。
热导率计是一种能够测量物体导热性能的仪器。
通过将气体样品和一个绝缘的热源和冷源接触,测量导热传导的速率和温度差异,可以计算出气体的导热系数。
需要注意的是,在进行气体导热系数测定实验时,要保持实验环境的稳定性,确保温度的恒定和样品的均匀性,以提高测量的准确性。
此外,还需根据气体的性质和实验条件的需要,选择适当的测量方法。
气体 导热系数
气体导热系数
气体导热系数是指在单位时间内,单位面积上的热量流过一个1米厚度的气体层所需要的温度差。
气体的导热性质是由其分子的运动方式决定的。
由于气体分子之间的距离较大,因此气体热传导主要是通过气体分子之间的碰撞来实现的。
气体导热系数的大小受到多种因素的影响,如气体的种类、密度、温度、压力等。
一般来说,气体导热系数随着温度的升高而增大,而随着压力的升高而减小。
不同气体的导热系数也有所不同,例如氢气的导热系数比氮气大。
气体导热系数的研究在工业生产和科学研究中具有重要意义。
例如,在化工工业中,需要对气体的导热性质进行研究,以优化工艺流程,提高生产效率。
在气象学领域中,气体导热系数的研究也具有重要意义,可以帮助科学家更好地理解大气的运动和温度分布规律。
- 1 -。
空气导热系数查表
空气导热系数查表
空气导热系数是测量空气对热能的传导能力的重要指标。
它是一个线性的系数,推算空气传热的数量,对制定任何冶金、化学或机械过程的温度传递模型都至关重要。
空气导热系数的值取决于空气的压力和温度。
随着压力的增加,空气物理性质
也改变,影响空气导热系数值。
另外,空气湿度也会影响空气导热系数。
有时,气体或蒸汽中存在的微粒也会对空气导热系数有一定的影响。
根据空气压力、温度和湿度,可以通过空气导热系数查表计算出空气导热系数。
它们是有温度依赖性的,随着温度的变化而变化。
根据查表结果,空气导热系数的取值范围一般为0.02-0.07 W/(m·K),其中湿度越高,空气导热系数的值越小。
空气导热系数的测量可以用一种称为“绝热序号”的技术来实现,它可以帮助
人们识别空气导热系数的变化。
此外,热电偶也可用来测量空气导热系数,它可以准确测量空气温度、湿度、气压和其他参数。
因此,空气导热系数查表可用于推算空气对热能的传导能力,并以此确定空气
的传热能力,帮助制定冶金、化学或机械过程的温度传递模型,确保制程的正常运行及产品质量监督机制落实到位。
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测定气体导热系数集团文件发布号:(9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
测定气体导热系数
【实验目的】
1.掌握低真空系统的基本操作方法,学会正确使用数显式电子真空计。
2.掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和正确方法。
3.学习应用“线性回归”和“外推法”对实验数据进行处理。
【实验原理】
1.“热线法”测量气体导热系数的原理
1) 稳定温度场的建立
由于T 1>T 2,容器中的待测气体必然形成一个沿径向分布的温度梯度,由于热传
导,钨丝温度下降,本实验用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度恒为T 1。
这样,每秒钟由于气体热传导所耗散的热量就等于维持钨丝的温度恒为T 1时所消耗
的电功率,从而维持测量室中温度梯度稳定。
故通过测量钨丝消耗的电功率来算出单位时间内热传导的热量。
2)由付里叶定律推导气体导热系数
K 即气体导热系数。
其中l = 19.5 cm , r 1 = 0.0095 mm, r 2 = 7.5 mm . T 2近似等于室温,关键在于Q 与T 1怎么测定。
钨丝,
T 2
2)Q与T1的测定
每秒钟通过气体圆柱面传输的热量Q等于钨丝所耗散的电功率,即
UI
W
Q=
=
对于一定长度为l的钨丝而言,其电阻值与温度的关系为:
1
)
(
273
R
R
R
T
α
-
+
=。
R
=37.2 Ω,是零度时的电阻值;R=U/I为实验测量。
1
3
10
1.5-
-
⨯
=C
α
2.二项修正
1)热辐射以及联接钨丝两端的电极棒的传热损失的修正。
2)测量在低气压(133.3帕~1333帕)条件下进行,低气压气体导热系数K
低
与压强P下导热系数之间的关系:
中的K
低
和K可以用Q
低
和Q来代替
3.作图法外推求Q
以1/P为横坐标,1/Q
低
为纵坐
标作图,所得到的实验曲线将近
似为一直线,此直线在纵坐标上
的截距即为1/Q
【实验内容】
外推法求Q
1.熟悉实验装置,选择合适的热线温度
1)对照实验装置图熟悉气体导热系数测定仪的基本结构,特别注意三通Ⅰ和三通Ⅱ的旋转操作。
2)校准电子真空计。
3)调节热线的恒温温度T
1
(钨丝电阻值为90~100Ω左右)
2.测量钨丝热辐射与电极棒传热耗散的电功率W
真空
1)预抽真空
2)测量W
真空
在真空度约0.1333帕(或10-3 乇)时测出热线两端的电压U
真空
及流过它的电流I
真空,通过计算得W
真空。
3.测量干燥空气的导热系数
在133.3~1333帕范围内测出不同气压P时,钨丝两端的电压Up及流经钨丝的电流Ip。
把所有数据记录到表格中。
注意事项:
1. 为了避免真空泵回油,实验中或实验结束时,当真空泵停机时,都要使其通大气,即三通I转到1、3位置。
2. 如果不注意,把过多的气体放入系统内时,可以再用真空泵把系统内气压抽到实验的需要值再继续测量。
3. 如果系统长时间没有使用,或者系统漏气较多,系统不容易达到所要求的真空度,这时候要仔细检查系统各气路接口有否漏气的地方并予以排除,必要时还要拔下两个三通阀的阀芯,清洗后涂上新的真空脂,在排除系统内部吸附的气体后,系统就能达到所需的真空度。
【数据与结果】
1.数据记录表见讲义
2.数据处理:
1)外推法求Q。
2)求T
1(T
2
即室温)。
3)求T
1~T
2
之间的平均导热系数。
4)求T1~T2间平均导热系数的理论值,并与实验测得值对比求实验的相对误差。