用球体法测量导热系数实验

用球体法测量导热系数实验

模具设计与制造专业的“热加工基础”

用球体法测试导热性指南

姓氏:高晋朝门票编号:020*********完成时间:2011年9月28日

球体法测量热导率的实验

一、实验目的

1.学习如何用球体法测量粒状材料的热导率。2、了解温度测量过程和温度传感元件。

二、实验原理

球体法是一种利用沿球体壁半径方向一维导热系数的基本原理测量颗粒纤维材料导热系数的实验方法。在由两个同心球体构成的夹层中，将颗粒或纤维材料放入夹层中，颗粒材料的热导率可以用球体热导率仪测量。如图1-1所示。填充有均匀颗粒材料的球形壁具有内径d11和外径d(半2直径r1和r2)，其内表面温度和外表面温度等于t1和t2，内球形直径D1 = 60毫米，外球形直径D2 = 200毫米，并且保持不变。由于大多数工程材料的导热系数与温度之间的关系在小的温度范围内可视为一条直线，因此傅里叶定律适用于球形壁的导热系数。如图7-1所示

热流量计的公式可以通过积分边界条件得到:？？d1d2？m(t1？T2)(1-1)？？？？(1-2)

？d1d2(t1？t2)12？m？其中:

δ-球形壁的厚度δ=(d2？D1)；λm-球形壁的材料是tm？t1？t2时的热

导率。2

图7-1球壳导热过程

因此，只要内外球形壁的温度保持均匀和稳定，球形壁的半径d1和d2是已知的，并且测量内外球形壁的表面温度t1和t2，材料的热导率λm可以从公式(1-2)计算。当实验进行到稳态时，用傅立叶定律来确定夹层的导热系数。

从上面的公式可以看出，只要在实验的稳态下测量由内球发射的热量和由热电偶测量的内球和外球表面的温度，就可以计算λ。实验室

2

以热电偶为分度号k镍铬镍铬热电偶，温度势关系为:t = 0.0505 x+24.062 x+0.704℃(x为温度势值)。从上述公式还可以看出，如果通过材料的热量改变，则内球壁表面的温度将相应地改变，从而材料将处于另一种加热状态，因此

可以在不同的平均温度t=(t 1 +t 2 )/2下测量测试材料的热导率，并且热导率和温度之间的关系不难确定。三。实验设备

如图7-2所示，实验设备由球形导热仪本体、实验台手动测试系统、计算机测量系统和数字仪表测量系统组成。球形导热仪的本体同心套有两个球壳，内球壳的外径为d1，外球壳的内径为d2，两个球壳之间填充有实验颗粒状材料，通过加热设置在内球壳内的球形电加热器获得热量。热量通过内球壁和被测材料传递到外球壳，外球壳通过自然空气对流冷却。每个球壳有上下两个测温点，取平均值作为球壳的温度。球体法便于测量各种散装材料(如沙子、矿渣、石灰等)的导热

系数。)。手动测试系统通过操作实验台完成手动测量数据，其中功率测量由电压表和电流表检测，温度测量由电位器检测。计算机测量系统通过计算机操作监控主屏幕，实时显示实验测量数据，计算热导率测量值等。数字仪表测量系统通过数字仪表柜直接测量球壁温度值和热流功率值。四.实验方法和数据1。2.3.4.5.6.

在测试台上确认电压表、电流表工作范围和指针读数装置的转换。干燥测试材料，并根据一定的容量将它们放入球中。连接并检查接线系统。

将电接触温度计的磁帽调节到所需的温度值。学习使用电位计测量热电偶信号的操作要领。

据估计，热球所需的加热功率(冷热侧温差应大于10℃)，根据此范围调整后稳压电源不变，热电偶的冷端将放入冰桶(0℃)。

7.观察系统的变化，达到稳态时用电位计测量内外球面(t 1，t 2)的热电势，同时记录加热电压和电流值。改变加热功率，切换转换开关，重复6和7。测量不同△T条件下的λ值，并记录4个温度测量点的数据；读取表格以获得电压和电流数据。将实验数据记录在表7-1中。~ 220伏铜-康铜热电偶3#调节器(变量)开关1#电热丝V A4#2#冰点桶电位器E图7-2球形导热体实验装置原理及结构图实验数据整理

完成表7-1和表7-2中实验数据的记录、计算和整理。

六.实验报告

1.结合课堂教学的理论和实验内容，学生应提供自己编写的实验报告。

2.学生应该根据自己的实验，独立、认真地写实验报告。在理论

教学中，要求字迹工整，数据准确，观察现象描述层次清晰，实验结果的分析和评价以知识为基础。

七、思考问题

1.简述球体法测量材料热导率的优缺点？

2.如果内外球壳稍微偏心，导热系数的测定会受到影响吗？为什么是3。试着解释悬浮在空气中的实验球体和外壳表面的传热模式？如果球壳表面有气流或阳光，会影响热导率的测量吗？为什么？

表7-1实验测量数据记录

记录器:同组:时间:实验参数实验数据实验表内壳温度外壳温度球试验材料名称内上t1-1内下t1-2外上T2-1外下T2-2壳中压中压中压中压温度容量℃℃温度范围内的平均温度t1=平均外球温度t2=外球直径tm=( t1+ t2)/2=加热电压U电流I(A)功率？？问？你？内径环境温度热导率λ TM = (w/m℃)

表7-2实验测量数据汇总

台湾测试材料导热系数测试数据编号法？% *内部和外部球平均温度加热功率热导率测量误差tm λ？手动测量与微机和仪器测量之间的相对误差(基于手动测量)

表7-1实验测量数据记录

记录器:同组:时间:实验参数实验数据实验表内壳温度外壳温度球试验材料名称内上t1-1内下t1-2外上T2-1外下T2-2壳中压中压中压中压温度容量℃℃温度范围内的平均温度t1=平均外球温度t2=外球直径tm=( t1+ t2)/2=加热电压U电流I(A)功率？？问？你？内径环境温

度热导率λ TM = (w/m℃)

表7-2实验测量数据汇总

台湾测试材料导热系数测试数据编号法？% *内部和外部球平均温度加热功率热导率测量误差tm λ？手动测量与微机和仪器测量之间的相对误差(基于手动测量)