稳态球体法测定粒材料导热系数

dr
dr
边界条件：
r = r1 t=t1 r = r2 t=t2
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球壁导热过程
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球体导热系数的推导过程
由于在不太大的温度范围内，大多数工程材料的导热系数
随温度的变化可直接按直线关系处理，对式积分并带入边
界条件得：
Q 2 (t1 t2 )
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实验结果 根据实验结果对导热系数进行分析。
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思考
1、简述金属、非金属（建筑材料）、气体导热性能差异大 的原因。
2、用圆球法测定的材料的导热系数是对什么温度而言的？
3、实验中能用外球的外壁温度代替外球的内壁温度吗？若 已知外球壁材料为铜，壁厚为δ =2mm，导热系数为384 W/m·℃，试计算由此引起的相对误差。
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实验结果
材料名称：
d1=0.091米
d2=0.154米
测量 电 电 内球温度 外球温度
次数 压 流
λt
mV ℃ mV ℃
1
2
3
4
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实验数据整理 由横步式坐分标析 的试Q2d导1图验1t1dt热12上点2 系。与数按λ-，t曲将线测之量间结的果偏绘整差制t理及在，实以0确验λ定中为bλ的纵t0、各坐b项标，误，进差t一为。
稳态球体法测定粒状材料导热系数
传热学实验一
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实验目的
1. 加深对稳定态导热过程基本理论的理解。 2. 掌握用球壁导热仪测定粉状、颗粒状及纤维
状隔热材料导热系数的方法和技能。 3. 确定材料的导热系数和温度的关系。 4. 学会根据材料的导热系数判断其导热能力并
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实验装置
D1 D2
热电偶 球体导热仪 散状物料Biblioteka Baidu电热丝
分压箱
～220V 直 流 稳 压 电 源
电流表
A
冰瓶 转换开关
电位差计
实验装置图
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实验步骤
1、熟悉实验设备，初步了解实验方法和仪器使用方法；
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实验原理
我们研究的隔热材料是指导热系数低于0.22 W/m·℃的一些固体材料，由于它们具有多孔 性结构，它们的传热过程是固体和孔隙的复杂 传热过程，其传热机理复杂。为了工程计算方 便，常把整个过程当作单纯的导热过程处理。
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2、将待测物料放入烘干箱内烘干；然后将其均匀地填 充在 同心球的夹层之间。
3、安装测试仪器，注意确保球体严格对中，在检查接 线 等无误后接通电源使测试仪温度达到稳定状态。
4、用玻璃温度计测量热电偶的冷段温度。 5、每间隔一定时间测定一组温度数据；读数时应保证各相
应测点的温度都不随时间变化温度达到稳定状态时再记录。 6、调整加热功率，重复实验。 7、关闭电源，结束实验。
进行导热计算。
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实验原理
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。
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实验原理
圆球法测定隔热材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为 基础的。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充填
被测材料（可为粉状、粒状或纤维状），内球中则装有电加热元 件。从而在稳定导热条件下，只要测定被测试材料两边，即内外 球壁上的温度以及通过的热流，就可计算被测材料的导热系数λ。
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球体导热系数的推导过程 t t1 1
td
如图所示，内外直径分别为d1和d2的两个同心圆 t2 2
球的圆壳(半径为r1，r2)，内外表面温度分别维持
t1、t2，并稳定不变，将傅里叶导热定律应用于 r1 r
此球壁的导热过程，得
r dr r2
QFdt4r2dt
11 d1 d 2
即：


Q
1 d1

1 d2

2 t1 t 2
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实验装置
本实验装置由两个不同直径的同心球组成。小球内 有电热丝以提供加热功率，小球和大球内壁之间填
满被测散状物料，加热温度t1、t2分别由连接于小
球和大球表面的热电偶（铜—康铜）测得，加热功 率 Q由连接于线路中的电压表、电流表监测，整个 实验装置的连接如附图2所示。