非稳态(准稳态)法测材料导热性能实验
准稳态法测不良导体的导热系数和比热预习报告
准稳态法测不良导体的导热系数和比热预习报告实验目的1. 了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理，并通过快速测量学习掌握该方法；2. 掌握使用温差电偶测量温度的方法。
一． 实验原理1. 热传导物体相邻部分间存在温度差，在各部分之间不发生相对位移的前提下，仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递成为热传导。
如图1所示的两个表面均维持均匀恒温的平板的一维稳态导热问题，对于x 方向的任意厚度的微元层来说，由傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热量Q 与该处的温度变化率d t /d x 及平板面积F 成正比。
Q =−λF d tx式中比例系数λ即材料的导热系数（导热率），负号表示热流方向与温度梯度d t /d x 方向相反，定义单位时间内通过单位面积的热流量为热流密度，记为q ，则图1情况下有：q =Q =−λd t x由此可知导热系数的物理意义是：在单位温差梯度影响下物体内产生的热流密度单位为W/(m ∙K)。
材料的导热系数会随温度变化，除铝、水等少数物质外的大部分固体、液体的导热系数会随温度升高而下降，气体的导热系数会随温度的升高而升高。
图12. 一维导热模型本实验采用比较简单的一维无限大平板导热模型进行λ的测量。
如图2，假设有厚度为2R 的无限大平板，原始温度为t 0，从平板的两端面以相同功率的能产生均匀热流的加热器加热，表面热流密度恒为q c ，板内温度分布必以中心截面为对称面，则可以写出x 方向的热传导微分方程，并依据初始条件求出任何瞬时沿x 方向的温度分布函数t(x,τ)，τ为时间变量。
3.热传导方程及求解∂t(x,τ)∂τ=a∂2t(x,τ)∂x(0<x<R,τ>0) （式4）初始条件t(x,τ)τ=0=t0（式5）边界条件q c=λ∂t(x,τ)∂x x=R（式6）λ∂t(x,τ)∂x x=0=0（式7）式中a=λ/cρ为热扩散率（或称热扩散系数），单位为m2/s，c为比热容，单位为J/(kg∙K)，ρ为密度，单位为kg/m3。
《大学物理实验》准稳态法测量不良导体的导热系数和比热
自由电子出来进去 动态平衡
一层电子气， 一个电偶层（约10 -10m厚）
电子要逸出金属，必须克服金属表面层内正离子晶体 点阵势井和表面电偶层电场作功，称为逸出功。 10
逸出功与表层电势差的关系为 A=eU*
不同金属的逸出功A不同，逸出 电势U*不同。
2、自由电子数密度不同
“电子气”扩散，金属2中的电子将 多于金属1中的电子。
接触电势差为 U12 (T, n1 ,n2 )
接触面上有一种把正负电荷拉开的非静电力，相当 于一个电源，其电动势
= U12(T, n1 , n2)
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温差电现象：把两种金属接成闭合回路，若两个接
点A、B处的温度相同，则回路中无电动势；若两 个接点A,B处的温度不同，则回路中有电动势，也 有电流。
3)四块样品组合有利于 在加热面、中心面中 心安装测温元件
① ②③④
O
x
样 样样 样
品 品品 品
加热面热偶 中心面热偶
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热电偶测温原理
介绍概念：接触电势差 温差电现象 接触电势差：两种不同的金属接触时会出现电势差
产生的原因：逸出功不同,自由电子数密度不同. 1、逸出功 金属表面层内存在着一种阻止电子逸出 表面的作用力 正离子晶体点阵势井
t t( R, ) t( 0, ) qc R 2
qc R 2t
准稳态时利用中心面（x=0）的温升速率可以 计算材料比热c
qc F
cRF
dt
d
c qc
R t x0
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实验装置及特色
1)实验样品长宽均为厚 度R的9倍可忽略长宽 非无限大
绝热泡沫
加热器 绝热泡沫
2)采取四块样品紧密组 合由两个阻值一致的 薄膜加热器并联供热， 以保证两加热面向中 心的加热热流恒定并 对称相等
准稳态法测不良导体的导热系数和比热
1实验目的1.了解准稳态法测量不良导体的导热系数和比热的原理，并通过快速测量学习掌握该方法。
2.掌握使用温差电偶测量温度的方法。
2实验数据记录与处理2.1数字万用表的练习使用实验中的交流信号是正弦波，有效值设为1V，频率设为1000Hz。
测量对象测量值量程精度不确定度完整测量结果交流电压有效值0.98058V2V0.2+0.050.00296V(0.98058±0.00296)F 交流信号频率999.96Hz20Hz-2kHz0.01+0.0030.16Hz(999.96±0.16)Hz电阻10.9289kΩ20kΩ0.020+0.0040.0023kΩ(10.9289±0.0023)kΩ电容1.046µF2µF1+0.50.020µF(1.046±0.020)µF二极管正向导通电压0.5826V0-2V0.06+0.0200.0007V(0.5829±0.0007)V表1:数字万用表的练习使用数据记录以电阻测量值为例计算，读数为10.9289kΩ，量程为20kΩ，精度为0.020+0.004，则∆R=0.020%×10.9289+0.004%×20.0000=0.0023kΩ最终得到R=(10.9289±0.0023)kΩ，其他测量值的不确定度计算过程类似。
3测导热系数和比热容3.1实验前的准备实验样品为有机玻璃，长宽L=W=90mm，厚度R=10mm，密度ρ=1196kgm3。
室温t0=19.9◦C。
中心面热电偶电阻为3.296Ω，加热面热电偶电阻为3.124Ω，冷端热电偶电阻为4.136Ω，并联而成的加热薄膜电阻r/2=55.071Ω。
加热前，测得加热面和中心面的温差U1(t2,t1)=4µV<10µV，故不必进行零位修正。
加热前，加热薄膜电压U前=17.9928V，∆U前=0.015%×17.9928+0.004%×20.0000=0.0035V；加热后，加热薄膜电压U后=17.9932V，∆U后=0.015%×17.9932+0.004%×20.0000=0.0035V。
非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验
非稳态（准稳态）法测材料的导热性能实验一、实验目的1、本实验属于创新型实验，要求学生自己选择不同原料、按照不同配比进行加工出新型实验材料，并对该材料的热物性（密度、导热系数、比热容、导温系数）进行实验测量。
2．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。
3、掌握使用热电偶测量温差的方法。
二、实验测试原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（如下图所示）。
根据导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件，对于任一瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)可由下面方程组解得；方程组的解为：式中：τ——时间；λ——平板的导热系数；α——平板的导温系数；t 0——初始温度； —傅立叶准则；δβμn n = ，n=1，2，3…；q c ——沿X 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。
随着时间τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。
当F 0＞0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成（2） 0),0(0),()0,(),(),(022=∂∂=+∂∂=∂∂=∂∂xt q x t t x t x x t a x t cτλτδτττ)1()]exp(cos(2)1(63[),(2211220o n n nn n c F x x q t x t μδμμδδδδατλτ--+--=-+∞=∑)612(),(222-+=-δδατλδτx q t x t c o 2δατ=F由此可见，当F 0＞0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。
这种状态即为准稳态。
在准稳态时，平板中心面X=0处的温度为：平板加热面X=δ处为：此两面的温差为： （3） 已知q c 和δ，再测出△t ，就可以由式（3）求出导热系数：（4）实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件，一般可认为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。
非稳态准稳态法测材料的导热性能实验
非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验非稳态(准稳态)法是一种测量材料导热性能的实验方法，它通过在材料的一侧施加热量，测量另一侧的热流量来计算材料的导热系数。
这种方法相对于稳态法，具有设备简单、操作方便、测量速度快等优点。
下面是关于非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验的详细描述。
一、实验目的本实验的目的是通过非稳态(准稳态)法测量材料的导热性能，包括导热系数、热扩散系数和比热容等参数。
这些参数对于材料的热设计、能源利用和工程应用具有重要意义。
二、实验原理非稳态(准稳态)法基于热传导的傅里叶定律，其基本公式为：q=-k AΔT/L，其中q为热流量，k为导热系数，A为传热面积，ΔT为两侧温度差，L为材料的厚度。
在实验中，通过测量材料的传热面积和两侧温度差，可以计算出材料的导热系数。
三、实验步骤1.准备材料：选择待测材料，并准备相应的支架、加热器和温度传感器等设备。
2.安装样品：将待测材料放置在支架上，将加热器和温度传感器分别与材料的两侧接触，并固定好。
3.开始测量：打开加热器，使加热器输出的热量均匀地施加到材料的左侧，同时使用温度传感器测量材料的右侧温度。
记录下加热时间和温度变化。
4.数据处理：根据测量的数据，绘制温度随时间变化的曲线。
通过曲线可以计算出材料的导热系数、热扩散系数和比热容等参数。
四、实验结果与分析通过实验测量和数据处理，我们可以得到待测材料的导热系数、热扩散系数和比热容等参数。
这些参数可以用来评估材料的导热性能和热特性。
例如，导热系数高的材料可以更好地传递热量，适用于需要高效散热的场合；比热容大的材料可以吸收更多的热量，适用于需要储存和释放热量的场合。
在分析实验结果时，需要注意以下几点：1.实验结果的准确性受到多种因素的影响，如测量设备的精度、环境温度和湿度等。
因此，需要对实验结果进行误差分析，以确定其可信度。
2.对于不同种类的材料，其导热性能和热特性可能存在差异。
因此，需要对不同种类的材料进行分别测量和分析。
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验目的本实验旨在通过准稳态法来测量介质的导热系数和比热。
实验原理介质热传导定律可以表示为:$\frac{dQ}{dt}=-kA\frac{dT}{dx}$其中$dQ$表示通过横截面$A$传导的热量、$dT/dx$表示温度梯度，$k$表示介质的导热系数。
考虑一根长为$L$、半径为$r$的柱形介质，将其放置在恒定温度$T_1$的热源上，使其与热源建立稳定热流，由于介质与外界的热交换可能会影响温度场的分布，但如果用温度计沿柱形介质的径向测量，可以保证温度场分布近似于径向对称的形态。
当恒定稳态建立后，热传导方程的解析解可以表示为:$T(r)=T_1+\frac{dQ}{2\pi kL}ln{\frac{r}{r_0}}$其中$r_0$表示温度计的距离。
同时根据恒定稳态条件，热流向是恒定的，可以通过测量温度差得到热流，即:$q=-k\frac{A}{\Delta x}(T_2-T_1)$其中$A$表示圆柱体的横截面积，$\Delta x$表示$\Delta T$的距离。
结合以上两式，可以得到介质的导热系数$k$为:$k=\frac{qd}{2\pi T_1 L ln{\frac{r_2}{r_1}}}$其中$d$为材料的直径，$T_1$为热源的温度，$r_1$和$r_2$为温度计的测量位置。
而比热则是通过热平衡条件给出的:$q_1t_1=q_2t_2$其中$q$为热流，$t$为温度，1和2表示两个状态。
在本实验中，温度上升了$\Delta T$，热流在某一时间间隔$t$内对介质的热量为$q=mC_p\Delta T$，其中$m$为穿过某一截面的质量，$C_p$为比热容。
因此可以得到比热:$C_p=\frac{q}{m\Delta T}$实验步骤1.准备材料：圆柱形样品和两台K型热电偶。
2.组装实验装置：将圆柱形样品嵌入加热炉中，将热电偶分别穿过样品并与数据采集仪相连。
非稳态法导热仪实验心得
非稳态法导热仪实验心得
非稳态法导热仪是一种常用的实验仪器，用于测量材料的导热性能。
下面是一些关于非稳态法导热仪实验的心得体会：
1. 实验准备：在进行实验前，需要详细了解实验仪器的操作原理和步骤。
同时，确保实验仪器的正常运行状态，并进行必要的校准。
2. 样品准备：将待测材料切割成适当的尺寸，并确保样品表面的光洁度和均匀性。
这有助于确保实验的准确性和可重复性。
3. 数据处理：在实验过程中，要记录实验环境的温度变化以及样品的温度变化。
根据采集到的数据，可以使用适当的数学模型进行数据处理和分析，计算样品的导热系数等参数。
4. 实验注意事项：在进行实验时，注意操作规范和安全操作。
避免在实验过程中产生其他热源，如阳光直射、电器设备加热等，以免干扰实验结果。
同时，保持实验环境的稳定性，避免风的干扰。
5. 实验结果与讨论：根据实验结果，可以对样品的导热性能做出评价和分析，并进行讨论。
如对比不同材料的导热性能、分析导热性能受温度、压力等因素的影响等。
需要注意的是，以上心得是基于一般的实验情况，实际实验操作还需要根据具体的实验设备和要测量的材料进行相应的调整和注意。
非稳态法导热仪实验是一项技术性较高的实验，所以在实验之前最好能与教师或专业人士进行咨询和指导，以确保实验的顺利进行。
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告实验报告：
本实验组进行了一系列实验，目的是测量介质的导热系数和比热。
为此，我们采用了准稳态法（Steady-State Method），通过测量系统的热流，温度和物理量来评估介质的热特性。
实验装置由两个金属块构成，它们之间以一定宽度填充介质。
两个金属块用热电偶连接，控制机械温度。
一个块由常温水浴恒温，使另一块保持稳定的温度，以产生恒定的热流。
然后，通过特殊测量仪器读取温度差。
通过改变被测物质的厚度，实验运行三次，同时测量温度。
在改变热流情况下，记录温度差随热导率的变化情况。
根据所得温度与热导率的关系，用分析技术计算出介质的导热系数和比热。
实验运行时，实验装置保持在常温水浴中，当热偶发出热量时，两个金属块之间的温差增大，测量装置会自动调整两个金属块的温度，以保持恒定的热流输出。
本实验的结果显示，随着介质的厚度的增加，介质的导热系数和比热值也随之增加。
未来，我们可以改进实验装置，看看它们是否可以产生更精确的结果。
非稳态(准稳态)法测材料导热性能实验
非稳态（准稳态）法测材料的导热性能实验一、实验目的一、本实验属于创新型实验，要求学生自己选择不同原料、依照不同配比进行加工出新型实验材料，并对该材料的热物性（密度、导热系数、比热容、导温系数）进行实验测量。
2．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，把握其测试原理和方式。
3、把握利用热电偶测量温差的方式。
二、实验测试原理本实验是依照第二类边界条件，无穷大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（如以下图所示）。
依照导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件，关于任一刹时沿平板厚度方向的温度散布t(x ，τ)可由下面方程组解得；方程组的解为：式中：τ——时刻；λ——平板的导热系数；α——平板的导温系数；t 0——初始温度； —傅立叶准那么；δβμn n = ，n=1，2，3…；q c ——沿X 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。
0),0(0),()0,(),(),(022=∂∂=+∂∂=∂∂=∂∂xt q x t t x t x x t a x t cτλτδτττ)1()]exp()cos(2)1(63[),(2211220o n n n n n c F x x q t x t μδμμδδδδατλτ--+--=-+∞=∑2δατ=F随着时刻τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。
当F 0＞时，级数和项变得很小，能够忽略，式（1）变成（2）由此可见，当F 0＞后，平板遍地温度和时刻成线性关系，温度随时刻转变的速度是常数，而且处处相同。
这种状态即为准稳态。
在准稳态时，平板中心面X=0处的温度为：平板加热面X=δ处为：此两面的温差为： （3） 已知q c 和δ，再测出△t ，就能够够由式（3）求出导热系数：（4）事实上，无穷大平板是无法实现的，实验老是用有限尺寸的试件，一样能够为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，双侧散热对试件中心的温度阻碍能够忽略不计。
准稳态法比热导热系数测定
准稳态法比热导热系数测定准稳态法是一种常用的测定材料热导热系数的方法。
它的原理是在稳态条件下通过测量材料上下表面的温度差以及热传导时间，从而计算得出材料的热导热系数。
准稳态法的实验装置一般包括一个加热部分和一个测温部分。
加热部分通过加热源提供一定功率的热量，使得材料表面的温度升高。
测温部分则用来测量材料上下表面的温度差。
在实验开始前，首先需要测量材料的几何尺寸，包括材料的厚度、长度和宽度。
这些尺寸将用于最终计算的公式中。
实验时，先将加热部分与测温部分紧密贴合固定在一起，确保热量能够有效地传递到测温部分。
然后，打开加热源开始加热，同时记录测温部分上下表面的温度。
当材料表面的温度逐渐升高，同时也会传导到测温部分。
在稳态时，材料上下表面温度差保持不变。
此时，可以测量材料上下表面的温度差，并记录下来。
当前所记录的温度差，加热功率，以及材料的几何尺寸都可以带入到热传导计算公式中，从而计算出材料的热导热系数。
准稳态法具有测量简单、操作方便的优点。
同时，它还可以适用于多种不同类型的材料，包括固体、液体和气体等。
此外，该方法测量结果精确可靠，可以满足工业和科研领域对热导热系数的需求。
然而，准稳态法也有一些局限性。
首先，它要求稳态条件下进行测量，所以需要一定的时间来确保稳定性。
其次，对于热导热系数非常小的材料，由于热量传导时间过长，可能会产生误差。
此外，该方法无法测量非均匀和多层材料的热导热系数。
总之，准稳态法是一种可靠且常用的测定材料热导热系数的方法。
通过测量材料表面的温度差以及热传导时间，可以计算出材料的热导热系数。
该方法在工业和科研领域具有广泛应用，并且可以满足对热导热系数精确测量的需求。
材料导热系数的测定
五．数据处理
2. 绝热材料导热系数计算 (1):平均温度的校正 根据冷端t0及测点平均温度t可查得冷端电势E( t0, 0 )， 结合原始数据中各测点的平均电势E( t, t0 )，即可由下式 求得E ( t, 0 ) ： E( t, 0 ) = E( t , t0 ) + E ( t0, 0 ) （mv） 其中：t — 测点平均温度，℃ ； t0 — 冷端温度，℃ ； E — 热电势，mv ； 再由E( t , 0 )值可查得测点温度t1 、t2 。
处理。
二．球壁导热法的基本原理
圆球法测定绝热材料的导热系数 是以同心球壁稳定导热规律作为基础。 在球坐标中，考虑到温度仅随半径 r 而变，故是一维稳定温度场导热。
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。
二．球壁导热法的基本原理
各种材料的导热系数数据均可从有关资料或手册中查到，但
由于具体条件如温度、结构、湿度和压强等条件的不同，这些
数据往往与实际使用情况有出入，需进行修正。 导热系数低于0.22 W/m·℃的一些固体材料称为绝热材料，
由于它们具有多孔性结构，传热过程是固体和孔隙的复杂传热
过程，其机理复杂。 为了工程计算的方便，常常把整个过程当作单纯的导热过程
3.电加热系统
外界电源通过稳压器后输出稳压电源，经调压器供给球形电炉 加热器一个恒定的功率。用电流表和电压表分别测量通过加热器的 电流和电压。
图44-1 球壁导热仪实验装置
1.内球壳 5.转换开关 9.电压表 2.外球壳 6.热电偶冷端 10.电流表 3.电加热器 7.电位差计 11.绝热材料 4.热电偶热端 8.调压器
实验稳态法测定材料导热系数实验
实验稳态法测定材料导热系数实验一．实验目的1．了解热传导现象的物理过程；2．掌握用稳态平板法测量材料的导热系数； 3．学习用作图法求冷却速率；4．掌握用热电转换方式进行温度测量的方法；二．实验原理导热系数(热导率)是反映材料热性能的物理量，本实验采用的是稳态平板法测量材料的导热系数。
热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z0 处取一个垂直截面积dS （如图1所示）。
以dT/dz 表示在Z 处的温度梯度，以dQ/dτ 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积dS 的热量），那么传导定律可表示成：(S1-1)图1 导热示意图式中的负号表示热量从高温区向低温区传导，式中比例系数λ即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位面积截面的热量。
利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题有两个：一个是在材料内造成一个温度梯度dT/dz ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/dτ。
1.温度梯度为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它夹在两块良导体铜板之间（图2）使两块铜板分别保持在恒定温度T1和T2，就可能在垂直于样品表面的方向上形成温度的梯度分布。
样品厚度可做成h ≤D （样品直径）。
这样，由于样品侧面积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热量是沿垂直于样品平面的方向上传导，即只在此方向上有温度梯度。
由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的温度也相同。
这样只要测出样品的厚度h 和两块铜板的温度dt dsdT dQ Z⋅-=0)(λ板板图2铜板导热示意图T1、T2 ，就可以确定样品内的温度梯度度 (T1-T2)/h 。
当然这需要铜板与样品表面的紧密接触，无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。
准稳态法测不良导体的导热系数和比热 实验报告
准稳态法测不良导体的导热系数和比热实验报告一、实验目的（1）实验一：万用表使用测量：熟悉万用表的使用方法，学习量程的选择方法，以及根据量程得到数据精度并计算不确定度的方法。
（2）实验二：热导实验：1、了解准稳态法测量不良导体的导热系数和热比的方法；2、掌握热电偶测量温度法方法；3、加深对直线拟合处理数据方法的理解。
二、实验一：万用表使用测量计算过程：（2）交流电源有效值∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.2%*0.34474 + 0.05%*2 = 0.0017V =X=XX0.34474 ±0.0017V±=∆（3）交流信号的频率∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程= 0.01%*999.98 + 0.003%*2000 = 0.16Hz =XX999.98 ±0.16Hz=X∆=±（4）电阻∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.020%*10.9457 + 0.004%*20 = 0.003kΩ=X==XX10.9457 ±0.003kΩ±∆（5）电容∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=1%*0.930 + 0.5%*2=0.019uF ==XX0.930 ±0.019uFX±=∆（6）二极管∆X读数精度% * 测量值+ 量程精度% * 量程=0.06%*0.5735+0.020%*2 = 0.0007V =X=XX0.5736 ±0.0007V∆=±实验二：热导实验三、数据处理（2）U1(t2t1)~τ，U2(t1tc)~τ曲线分析：当样品进入准稳态时，样品内各点的温升速率相同并保持不变，且样品内两点间温差恒定。
对应的电压值变化趋势为：中心面和冷面温差U2(t1tc)线性增长，热面和中心面温差U1(t2t1)基本保持不变。
材料导热系数
二．球壁导热法的基本原理
圆球法测定绝热材料的导热系 数是以同心球壁稳定导热规律作为 基础。在球坐标中，考虑到温度仅 随半径 r 而变，故是一维稳定温度 场导热。
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。
四．测试步骤
1.将被测绝热材料放置在烘箱中干燥，然后均匀地装入球壳的夹层 之中。
2.按图44-1安装仪器仪表并连接导线，注意确保球体严格同心。检 查连线无误后通电，使测试仪温度达到稳定状态（约3～4小时）。
3.用温度计测出热电偶冷端的温度t0。 4.每间隔5～10分钟测定一组温度数据（内上、内下、外上、外下）。 读数应保证各相应点的温度不随时间变化（实验中以电位差计显示变化 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。
3.电加热系统
外界电源通过稳压器后输出稳压电源，经调压器供给球形电炉 加热器一个恒定的功率。用电流表和电压表分别测量通过加热器的 电流和电压。
图44-1 球壁导热仪实验装置
1.内球壳 5.转换开关 9.电压表
2.外球壳 6.热电偶冷端 10.电流表
3.电加热器 7.电位差计 11.绝热材料
4.热电偶热端 8.调压器
察两对热电偶给出的温度变化曲线（采用温度自动记录仪），只有 当两条曲线呈直线变化且相互平行，试件进入准稳态导热工况时才 可进行数据记录。
传热系数检测方法之非稳态法
传热系数检测方法之非稳态法甘肃省建材科研设计院兰州瑞洋建筑节能有限公司田斌守常功率平面热源法1常功率平面热源法检测的原理常功率平面热源法是非稳态法中一种比较常用的方法，适用于建筑材料和其它隔热材料热物理性的测试。
其现场检测的方法是在墙体内表面人为地加上一个合适的平面恒定热源，对墙体进行一定时间的加热，通过测定墙体内外表面的温度响应辨识出墙体的传热系数。
原理如图6所示。
绝热盖板和墙体之间的加热部分由5层材料组成，加热板C1、C2和金属板、E2对称地各布置两块，控制绝热层两侧温度相等，以保证加热板C1发出的热量都流向墙体，E1板对墙体表面均匀加热的作用。
墙体内表面测温热电偶A和墙体外表面测温热电偶D记录逐时温度值。
该系统用人工神经网络方法（Artificial Neural Network，简称ANN）仿真求解过程分为以下几个步骤：（1）该系统设计的墙体传热过程是非稳态的三维传热过程，这一过程受到墙体内侧平面热源的作用和室内外空气温度变化的影响，有针对性地编制非稳态导热墙体的传热程序。
建立墙体传热的求解模型，输入多种边界条件和初始条件，利用已编制的三维非稳态导热墙体的传热程序进行求解，可以得到加热后墙体的温度场数据。
（2）将得到的温度场数据和对应的边界条件、初始条件共同构成样本集对网络进行训练。
在该研究中由于实验能测得的墙体温度场数据只是墙体内外表面的温度，因此将测试时间中的以下5个参数作为神经网络的输入样本：室内平均温度、室外平均温度、热流密度、墙体内外表面温度；将墙体的传热系数作为输出样本进行训练。
（3）网络经过一定时间的训练达到稳定状态，将各温度值和热流密度值输入，由网络即可映射出墙体的传热系数。
1－试验墙体；2－绝热盖板；3－绝热层A-墙体内表面测温热电偶；B-绝热层两侧测温热电偶；C1、C2－加热板；D－墙体外表面测温热电偶；E1、E2－金属板图6 常功率平面热源法现场检测墙体传热系数示意图2常功率平面热源法检测的特点由于此方法是非稳态法检测物体热性能的一种方法，可以大大缩短实际检测时间，而且能减小室外空气温度变化给传热过程带来的影响。
非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验
非稳态(准稳态)法测材料的导热性能实验非稳态（准稳态）法测材料的导热性能实验一、实验目的1、本实验属于创新型实验，要求学生自己选择不同原料、按照不同配比进行加工出新型实验材料，并对该材料的热物性（密度、导热系数、比热容、导温系数）进行实验测量。
2．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。
3、掌握使用热电偶测量温差的方法。
二、实验测试原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（如下图所示）。
根据导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件，对于任一瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)可由下面方程组解得；方程组的解为：式中：τ——时间；λ——平板的导热系数；α——平板的导温系数；t 0——初始温度； —傅立叶准则；δβμn n = ，n=1，2，3…；q c ——沿X 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。
随着时间τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。
当F 0＞0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成（2） 0),0(0),()0,(),(),(022=∂∂=+∂∂=∂∂=∂∂xt q x t t x t x x t a x t cτλτδτττ)1()]exp()cos(2)1(63[),(2211220o n n nn n c F x x q t x t μδμμδδδδατλτ--+--=-+∞=∑)612(),(222-+=-δδατλδτx q t x t c o 2δατ=F由此可见，当F 0＞0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。
这种状态即为准稳态。
在准稳态时，平板中心面X=0处的温度为：平板加热面X=δ处为：此两面的温差为： （3） 已知q c 和δ，再测出△t ，就可以由式（3）求出导热系数：（4）实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件，一般可认为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以忽略不计。
用准稳态法测介质的导热系数和比热的实验报告
1. ZKY-BRDR 型准稳态法比热、导热系数测定仪
2. 实验装置一个，实验样品两套（橡胶和有机玻璃，每套四块），加热板两块，热电偶两只，
导线若干，保温杯一个
【实验原理】
1. 准稳态法测量原理
考虑如图 B2－１所示的一维无限大导热模型：一无
限大不良导体平板厚度为 2R ，初始温度为 t0 ，现在平 板两侧同时施加均匀的指向中心面的热流密度 qc ，则平 板各处的温度 t(x, ) 将随加热时间 而变化。
3－3 接线原理图及接线说明
实验时，将两只热电偶的热端分别置于样品的“加热面中心”和“中心面中心”，冷端置于保温 杯中，接线插孔实物和接线原理如图 B2－7、图 B2－8 所示。
⑴ 放大盒的两个“中心面热端＋”相互短接再与左横梁的中心面热端 “＋”相连（三个绿色 插孔）；
⑵ 放大盒的“中心面冷端＋”与保温杯的“中心面冷端＋”相连（二个蓝色插孔）； ⑶ 放大盒的“加热面热端＋”与右横梁的“加热面热端＋”相连（二个黄色插孔）；
根据式（B2－6），只要测量进入准稳态后加热面和中心面间的温度差 t ，并由实验条件确定相
关参量 qc 和 R ，则可以得到待测材料的导热系数 。
另外在进入准稳态后，由比热的定义和能量守恒关系，可以得到下列关系式：
qc
c
R
t
（B2－7）
比热为：
c qc R t
（B2－8）
式中 t 为准稳态条件下试件中心面的温升速率（进入准稳态后各点的温升速率是相同的）。
由以上分析可以得到结论：只要在上述模型中测量出系统进入准稳态后加热面和中心面间的温 度差和中心面的温升速率，即可由式（B2－6）和式（B2－8）得到待测材料的导热系数和比热。
非良导体热导率的测量
非良导体热导率的测量导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，热传导是热交换的三种（热传导、对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个领域的课题，材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用，在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要实验的方法精确测定。
【实验要求】（一） 实验目的了解热传导现象的物理过程，学习用稳态平板法测量非良导体的导热系数并用作图法求冷却速率。
（二） 预习要求1. 什么事傅里叶热传导定律？2. 什么是导热系数？3. 什么是稳态平板法？用稳态平板法测物体导热系数的原理是什么？4. 为什么要测量下圆铝盘的冷却速率？5. 本实验用的实验仪器是什么？【实验原理】1882年法国科学家傅里叶（J.Fourier ）建立了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础之一，测量的方法可以分为两大类：稳态法和瞬态法，本实验采用的是稳态平板法测量不良导体的导热系数。
当物体内部有温度梯度存在时，就有热量从高温处传递到低温处，这种现象被称为热传导，傅里叶指出，在dt 时间内通过dS 面积的热量dQ ，正比于物体内的温度梯度，其比例系数就是导热系数，即：d Q dT dS dt dxλ=- （4-6-1） 式中d Q dt 为传热速率，dT dx是与面积dS 相垂直方向上的温度梯度，负号表示热量由高温区域传向低温区域，λ是导热系数，表示物体导热能力的大小，在国际单位制SI 中，λ的单位是-1-1W m K ⋅⋅。
对于各向异性材料，各个方向的导热系数是不同的（常用张量来表示）。
如图4-6-1所示，设样品为一平板，则维持上下平面有稳定的12T T 和（侧面近似绝热），即稳态时通过样品的传热速率为 12-d B BT T Q S dt h λ= (4-6-2) 式中B h 为样品厚度，2B B S R π=为样品上表面面积，12-T T 为上、下平面的温度差，λ为导热系数。
1恒热流准稳态平板法测定非金属材料热物性参数z-推荐下载
实验一 恒热流准稳态平板法测定非金属材料热物性参数
（导热系数、比热容、导温系数）
根据 Fourier 定律，导热系数的测量可以沿循稳态导热和非稳态导热两种思路。稳态导热法认为导热
系数的变化是随温度而线性变化的，实验要求持续的时间长，需要的设备比较多，如测量热流密度时需
要引入泵、水循环系统，且必须计及散热误差。非稳态法着眼于“瞬态”特性，持续时间较短，可以测
量不同温度条件下的导热系数，因而愈来愈受到重视。
一、实验目的
1.通过实验测出温度变化曲线，进一步加深了解不稳定导热过程的特征。
2.对导热系数、导温系数及比热容有比较直观的认识，并掌握快速测试材料热物性的实验方法和技术。
二、实验原理
根据导热理论，对厚度为 2δ（图 1），初始温度为 ti、导热系数为 λ、导温系数为 的无限大平板，
qw
qw
qw qw W/m·K 2(tw tc ) 2t
(Fo
(Fo
式中：Δt =tw-tc ——同一瞬时加热面与中心面间的温差，℃； qw—单位面积平板表面所获得热流量，W/m2； δ—平板的半宽，m。
1) 3
1) 6
因为从不稳态导热达到准稳态时，板内各点的温度随时间线性变化。也就是说，此时板内各点温度
教学实验台的设计愈来愈趋向模块化、集成化、小型化、综合化、信息化、智能化，尽量减少单调 机械的重复劳动，加快实验进度。先进的实验台还具有在线会话与指导功能，让学生在动手操作的同时， 充分感受现代科技的魅力，对于提高实验效果进而激发学习兴趣，开阔思路，具有重要的意义，也是实 验、教学工作者的努力方向。
计算传热学（或传热计算机模拟）已经发展成了传热学的一个分支学科，是当前研究热点。应用计 算机解决工程实际问题，是现代工程技术人员所必备的技能。通过传热学计算机实习，学生初步锻炼计 算机求解传热问题的技能，为后续课程学习、设计、从事实际的科研设计奠定基础，以适应信息化的大 趋势。
非稳态导热实验实训报告
一、实验目的1. 理解非稳态导热的基本原理和过程；2. 掌握非稳态导热实验的基本方法；3. 学会使用实验仪器和数据采集设备；4. 提高对导热系数、热传导率等物理量的测量能力；5. 培养分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理非稳态导热是指物体内部或表面温度随时间变化而变化的导热过程。
在非稳态导热过程中，物体内部的温度分布和热流密度都随时间而变化。
本实验通过测量物体表面温度随时间的变化，研究非稳态导热的规律。
三、实验仪器与材料1. 非稳态导热实验装置；2. 温度传感器；3. 数据采集器；4. 计算机；5. 加热器；6. 实验材料（如铜块、水等）。
四、实验步骤1. 准备实验装置，确保连接正确；2. 将实验材料放置在实验装置中，确保材料表面平整；3. 将温度传感器放置在实验材料表面，确保传感器与材料紧密接触；4. 打开加热器，开始加热实验材料；5. 利用数据采集器实时记录温度传感器采集的温度数据；6. 根据实验需求，调整加热器功率，观察温度变化；7. 实验结束后，关闭加热器，整理实验装置。
五、实验数据及处理1. 实验数据：记录实验过程中温度传感器采集的温度数据；2. 数据处理：将实验数据导入计算机，进行曲线拟合、导热系数计算等处理。
六、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，得到了物体表面温度随时间变化的曲线；2. 分析：（1）根据温度变化曲线，可以分析出物体表面温度达到稳定所需的时间；（2）通过计算导热系数，可以验证实验装置的准确性；（3）分析实验过程中可能出现的误差，并提出改进措施。
七、实验总结1. 通过本次实验，掌握了非稳态导热实验的基本方法和步骤；2. 提高了数据采集和处理能力；3. 增强了对导热系数、热传导率等物理量的认识；4. 学会了分析问题和解决问题的方法。
八、实验注意事项1. 实验过程中，确保实验装置连接正确，防止发生短路等事故；2. 实验材料表面应平整，避免影响实验结果；3. 温度传感器与实验材料应紧密接触，确保数据采集准确；4. 实验结束后，及时关闭加热器，整理实验装置。
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非稳态（准稳态）法测材料的导热性能实验
一、实验目的
1、本实验属于创新型实验，要求学生自己选择不同原料、按照不同配比进行加工出新型实验材料，并对该材料的热物性（密度、导热系数、比热容、导温系数）进行实验测量。
2．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。
3、掌握使用热电偶测量温差的方法。
二、实验测试原理
本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。
设平板厚度为2δ，初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（如下图所示）。
根据导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件，对于任一瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x ，τ)可由下面方程组解
得；
方程组的解为： 式中：τ——时间；λ——平板的导热系数； α——平板的导温系数；t 0——初始温
度； —傅立叶准则； δβμn n = ，n=1，2，
3…； q c ——沿X 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。
随着时间τ的延长，F 0数变大，式（1）中级数和项愈小。
当F 0＞0.5时，级
数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成
（2） 由此可见，当F 0＞0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变
化的速率是常数，并且到处相同。
这种状态即为准稳态。
在准稳态时，平板中心面X=0处的温度为：
平板加热面X=δ处为： 此两面的温差为： （3） 已知q c 和δ，再测出△t ，就可以由式（3）求出导热系数：
（4） 实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件，一般可认
为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，两侧散热对试件中心的温度影响可以)
1()]exp()cos(2)1(63[),(2211220o n n n n n c F x x q t x t μδμμδδδδατλτ--+--=-+∞=∑)612(),(222-+=-δδατλδτx q t x t c o q q t t t a q t t c
c c o ⋅=⋅⋅=-=∆+=-21),0(),()3
1(),(2δλλδττδδτλδτδ2δ
ατ=F
忽略不计。
试件两端面中心处的温差就等于无限大平板时两端正的温差。
根据热平衡原理，在准稳态时，有：
式中：F ——试件的横截面积；c ——试件的比热；ρ——试件密度； ——准稳态时温升速率。
则比热为： （5） 实验时，dt/d τ以试件中心处为准。
按定义，材料的导温系数可表示为
m 2/s 综上所述，应用恒热流准稳态平板法测试材料热物性时，在一个实验上可同
时测出材料的三个重要热物性---导热系数、比热容和导温系数。
三、实验装置简介
实验设备包括破碎机、搅拌机、烘干机、电子天平、SEI-3型准稳态法热物性测定仪、计算机和实验控制软件。
SEI-3型准稳态法热物性测定仪、计算机和实验控制软件如图1所示。
图1 实验设备系统图
SEI-3型准稳态法热物性测定仪内实验本体由四块厚度均为δ、 面积均为F 的被测试材重叠在一起组成。
在第一块与第二块试材之间夹着一个薄型的片状电加热器；在第三块和第四块试材之间也夹着一个相同的电加热器；在第二块与第三块试材交界面中心和一个电加热器中心各安置一对热电偶；这四块重叠在一起试材的顶面和底面各加上一块具有良好保温特性的绝热层。
然后用机械的方法把它们均匀地压紧。
电加热器由直流稳压电源供电，加热功率由计算机检测。
两对热电偶所测量到的温度由计算机进行采集处理，并绘出试材中心面和加热面的温度变化曲线。
四、实验步骤
1． 选用不同原料，进行破碎加工，按照不同配比，搅拌混合均匀，加工成100mm ×100mm ，厚20mm 大小的材料，放在烘干机内烘干。
2． 用游标卡尺对试材的厚度进行测量（单位：mm ），并用天平称其称重（单位：g ）。
3． 将试材按实验要求装入SEI-3型准稳态法热物性测定仪实验本体内。
（注：用手拿取试材时
4． 一定要拿试材的边缘，不要用手接触试材的加热面，以免破坏试材的初始温度场。
）
5． 接通计算机和SEI-3型准稳态法热物性测定仪电源。
使计算机进入
τδρd dt q c c /⋅⋅=
c c c t t t q c a )(2)(2τδδτδδλρλ∆∆=∆==
windows操作系统，在计算机桌面上双击上SEI-3图标，使计算机进
入SEI-3型准稳态法热物性测定仪的教学实验软
件系统。
6．仔细阅读教学实验软件系统上的实验步骤。
点击“我认真阅读了实验步骤”按钮．
7．在相应的栏目内按要求输入试材名称、试材厚度、试材重量和预计试材导热系数（试材厚度和重量为单块试材的平均厚度和重量），输入完
成后，计算机在相应的栏目内给出试材容重和实验加热电压。
加热器
预加电压分串、并联两种。
对应SEI-3型准稳态法热物性测定仪的功
率选择为大（并）、小（串）之分。
通常SEI-3型准稳态法热物性测定
仪的功率选择开关选择在小（串）位置，只有当加热器预加电压（串
联）大于20伏特时，再选择在大（并）的位置。
调节SEI-3测定仪的
电压调节旋钮，使加热电压在加热器预加电压值附近。
将实验人员的
学号填入“学号”栏目内，点击‘加入学号”按钮。
实验人员学号输
入完成后点击“确认小组学号”按钮，即可进行实验。
8．点击“测量“按钮并同时打开SEI-3测定仪的加热开关，观察加热表面的温度变化过程。
当两表面的温差不变时，即温差曲线走平时，表
明不稳态导热达到准稳态时的温度场的特征，可点击“结束”按钮，
并关闭SEI-3测定仪的加热开关。
9．如果有打印机，可点击“打印”按钮，打印出实验所有数据。
没有打印机可点击“保存”按钮，保存所有实验数据。
点击“复位”可重新
实验，点击“退出”可结束实验。
最后将保存的实验数据读出，记录
在实验数据表中。
五、试材热流密度q c的计算
这里我们虽然用薄片状电加热器加热，但它毕竟有一定的热容量，在加热过程中，加热器本身要吸收热量，且先于试材。
因此试材实际所吸收的热量必需从电功率中扣除电加热器吸收的热量。
根据实验原理，我们仅研究电加热器对中间两块试材加热时的温度变化就可
的以了，但为了避免因电加热器向外难以估计的散热给q
c
计算带来困难，所以在两加热器外侧各补上一块相同厚度的试材并加以保温，这样，电加热器将同等地加热其两侧的每块试材，每块试材内的温度场对于电加热器是对称的。
两个同样的电加热器是并联（或串联）供电的。
基于以上分析，试材表面实验所吸收的热量应为：。