实验四稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ
稳态平板法测定材料导热系数实验指导书
稳态平板法测定材料导热系数实验指导书一. 实验目的1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定材料导热系数的实验方法和技能。
2.测定试验材料的导热系数。
3.确定试验材料导热系数与温度的关系。
二.实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。
对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。
各种材料的导热系数都用试验方法来测定，如果要分别考虑因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。
稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定试验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。
试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差t ∆ 成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。
我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳定导热量为 Ft Q ⋅∆⋅=δλ [w]测定时，如果将平板两面的温差L R tt t -=∆、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积F 和通过平板的热流量Q 测定以后，就可以根据下式得出导热系数：F t Q ⋅∆⋅=δλ )/(C m W ︒⋅需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：)(21L R t t t +=][C ︒在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后将λ值标在t -λ 坐标图内，就可以得出)(t f =λ 的关系曲线。
四.实验方法和步骤1.将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。
在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，或用自动控制压紧装置压紧，以使它们都能紧密接触。
2.联接和仔细检查各接线电路。
将主加热器的两根导线接到仪表箱的主加热器电源接线端子上：而两个辅助加热器是经两两并联后再串联组成的串联电路（实验台上已联接好），同样将辅助加热器的两根导线接到仪表箱的辅助加热器电源接线端子上。
绝热材料导热系数测量
实验四、绝热材料导热系数测量一、实验目的用稳态平板法测定绝热材料导热系数。
二、实验仪器1．导热系数测定仪（含实验装置、数字电压表、数字秒表） 一台 2．杜瓦瓶 一只 3．橡皮、电木、牛筋样品 各一块 三、实验内容测量绝热材料导热系数。
四、实验原理导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传播热量的过程，当温度的变化只是沿着一个方向(设Z 方向)进行的时候，热传导的基本公式可写为：dt ds dzdTdQ Z ⋅-=0)(λ (1) 它表示在dt 时间内通过ds 面的热量为dQ ，dT/dz 为温度梯度，λ为导热系数，它的大小由物体本身的物理性质决定，单位为w/(m •k)，它是表征物质导热性能大小的物理量，式中负号表示热量传递向着降低的方向进行。
在图一中，B 为待测物，它的上下表面分别和上下铜盘接触，热量由高温铜盘通过待测物B 向低温铜盘传递，若B 很薄，则通过B 侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量沿着垂直待测圆板B 的方向传递，那么，在稳定导热（即温度场中各点的温度不随时间而变）的情况下，在Δt 时间内，通过面积为S 、厚度为h 的匀质板的热量为t S hTQ ∆⋅∆-=∆λ(2) △T 表示匀质圆板两板两板面的恒定温差。
若把（2）式写成S hTt Q ∆-=∆∆λ （3） 的形式，那么△Q /△t 。
便为待测物的导热速率。
只要知道了导热速率，由（3）式即可求出λ。
实验中，使上铜盘A 和下铜盘P 分别达到恒定温度T 1、T 2，并设T 1> T 2，即热量由上而下传递，通过下铜盘P 向周围散热。
因为T 1和T 2不变，所以，通过B 的热量就等于P 向周围散发的热量，即B 的导热速率等于P 的散热速率，因此，只要求出了P 在温度T 2时的散热速率，就求出了B 的导热速率△Q /△t 。
因为P 的上表面和B 的下表面接触，所以P 的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为S 部。
而实验中冷却曲线P 是全部裸露于空气中测出来的，即在P 的下表面和侧面都散热的情况下记录出来的。
稳态平板法测定绝热材料导热系数试验
2
[附 ]试验台主要 参数
1.试 验 材 料 ： 2.试 件 外 型 尺 寸 ： 300 × 300 [ mm2 ] 3.导 热 计 算 面 积 F： 200× 200 [ mm2 ] （ 即 主 加 热 器 的 面 积 ）
4.试 件 厚 度 δ ：（实测）
5.主 加 热 器 电 阻 值 ：
Ω
6.辅 加 热 器 （ 每 个 ） 电 阻 值 ：
3
5.一个 工况 试 验后 ，可 以 将 设 备 调 到 另 一 工 况 ， 既调 节 主 加 热 器 功 率后 ， 再 按 上 述 方 法 进行 测 试 得 到 另 仪 共 况 的 稳定 测 试 结 果。 调 节 的 电 功 率 不宜过大 ，一 般 在 5~10W 为 宜 。
6.根 据 实 验 眼 球 ， 进 行 多 次 共 况 的 测 试 。 （ 共 况 以 从 低 温 到 高 温 为 宜 ） 。 7.测 试 结 束 后 ， 先 切 断 加 热器 电 源 ， 并 关 闭 跟 踪 器 ，经 过 10 分 钟 左 右 再 关 闭 水 泵 （ 或 停 放自 来水）。
试验 设备 是根据在一维稳态 情况 下通 过平板的导热 量 Q 和平板两 面的 温差 t
成 正 比 ， 和平 板 的 厚 度 δ 成 正 比 ， 以及 和 导 热 系 数 λ 成 正 比 的 关 系 来 设计的 。 我们知道， 通过薄 壁平板（壁 厚小于十分之一壁长 和壁宽） 的稳定导热
量为
Q
t F [w]
热 面 积 水 套的 冷 却 面 是 通 过 循 环 冷 却水（ 或 通 过 自 来 水 ）来 实 现 的 。 在 中 间 200×
200 [mm 2 ] 部位 上安 设的 加 热 器 为 主 加 热器 。 为 了 使 主 加 热 器 的热 量能 够 全 部 单 向 通 过 上 下 两个 试 件，并 通 过 水 套 的 冷 水 带 走 ， 在 主 加 热 器 四 周 （ 即 200× 200 m[ m 2 ]
稳态平板法测定材料导热系数实验指导书
稳态平板法测定材料导热系数试验指导书一. 试验目1.巩固和深化稳定导热过程基础理论, 学习用平板法测定材料导热系数试验方法和技能。
2.测定试验材料导热系数。
3.确定试验材料导热系数与温度关系。
二.试验原理导热系数是表征材料导热能力物理量。
对于不一样材料, 导热系数是不一样; 对同一材料, 导热系数还会伴随温度、 压力、 湿度、 物质结构和重度等原因而变异。
多种材料导热系数都用试验方法来测定, 假如要分别考虑原因影响, 就需要针对多种原因加以试验, 往往不能只在一个试验设备上进行。
稳态平板法是一个应用一维稳态导热过程基础原理来测定材料导热系数方法, 能够用来进行导热系数测定试验, 测定材料导热系数及其和温度关系。
试验设备是依据在一维稳态情况下经过平板导热量Q 和平板两面温差t ∆ 成正比, 和平板厚度δ成反比, 以及和导热系数λ成正比关系来设计。
我们知道, 经过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）稳定导热量为F t Q ⋅∆⋅=δλ[w]测定时, 假如将平板两面温差L R t t t -=∆、 平板厚度δ、 垂直热流方向导热面积F和经过平板热流量Q 测定以后, 就能够依据下式得出导热系数:F t Q ⋅∆⋅=δλ )/(C m W︒⋅需要指出, 上式所得导热系数是在当初平均温度下材料导热系数值, 此平均温度为:)(21L R t t t +=][C ︒在不一样温度和温差条件下测出对应λ值, 然后将λ值标在t-λ 坐标图内, 就能够得出)(t f =λ 关系曲线。
四.试验方法和步骤1.将两个平板试件仔细地安装在加热器上下面, 试件表面应与铜板严密接触, 不应有空隙存在。
在试件、 加热器和水套等安装入位后, 应在上面加压一定重物, 或用自动控制压紧装置压紧, 以使它们都能紧密接触。
2.联接和仔细检验各接线电路。
将主加热器两根导线接到仪表箱主加热器电源接线端子上:而两个辅助加热器是经两两并联后再串联组成串联电路（试验台上已联接好）, 一样将辅助加热器两根导线接到仪表箱辅助加热器电源接线端子上。
[原创]实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ
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[原创]实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ实验目的巩固和深化稳态导热过程的基本理论，学习用平板法测绝热材料热导率的实验方法和技能测定实验材料的热导率确定试验材料热导率与温度的变化关系实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量。
对不同的材料，热导率各不相同;对同种材料，热导率会随温度、压力、含湿量、物质的结构和密度等因素而不同。
各种材料的热导率都是采用实验方法来测定的，如果分别考虑不同因素的影响，就需要对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。
稳态平板法是应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料热导率的方法，可以用来测定材料的热导率及其与温度的变化关系实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差Δt 成正比，与平板的厚度成反比δ，与热导率λ成正比的关系来设计的由一维稳态理论，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长与壁宽)的稳态导热量为EMBED Equation.3 w 测试时，如果能够测得平板两面的温差Δt=tR-tL、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积A和通过平板的热流量Q，即可根据下式计算得出热导率λ:EMBED Equation.3 W/m.? 上式计算得出的热导率是当时平均温度下材料的热导率值，此平均温度为EMBED Equation.3 ?在不同的温度和温差条件下测出相应的热导率λ，将λ值标在λ— EMBED Equation.3 坐标图内，就可得出λ=f( EMBEDEquation.3 )的关系曲线实验装置及测量仪表稳态平板法测绝热材料热导率的实验装置如图1和图2所示。
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积300x300[mm2],实际导热计算面积A为200x200[mm2],板的厚度为δ[mm]。
平板试件被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面EMBED PowerPoint.Show.8EMBED PowerPoint.Show.8图1 实验台主体示意图(循环冷却水的水箱与水泵未示出)之间。
稳态平板法测定绝热材料导热系数指导书
稳态平板法测定绝热材料导热系数一、实验目的及要求1．实验目的：1）学习在稳定热流的情况下，用平板稳定导热法测定材料的导热系数的方法。
2）求出物体的导热系数。
二、实验原理稳态平板导热是没有内热源的一维稳定导热，由傅立叶导热定律表达式，有：q=－λdtdx=λδ(t1－t2) (W/m2)在第一类边界条件下，各种物质的λ值都是温度的函数。
λ = Q · δΔt· FW/(m· ℃)[附]试验台主要参数1 . 试验材料：绝热材料2 . 试件外型尺寸：265×265][2mm3 . 导热计算面积F：200×200][2mm（即主加热器的面积）4 . 试件厚度δ：（实测，约20mm）5 . 主加热器电源电压直流 0—50V （可调）6 . 辅助加热器电源电压直流0—50V （可调）三、实验方法和步骤1 .夹紧夹紧装置以使试件都能紧密接触。
2. 打开水泵开关，检查冷却水水泵及其通路能否正常工作。
3. 接通主加热器电源，并调节到合适的电压开始加温（建议由40V开始），然后开启辅助加热电源开加温电压与主加热器电压接近，一段时间后（15min----30min），观察辅助加热面的温度是否与主加热面的温度一致，根据两加热面的温度情况适当调整辅助加热器的电压（高降低、低增加）, 跟踪调整使主、辅加热温度相一致。
在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。
4 . 一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试得到另一工况的稳定测试结果。
每次增加的电功率不宜过大，一般在2～3V 为宜。
5. 根据实验要求，进行多次工况的测试。
（工况以从低温到高温为宜）。
6. 测试结束后，先切断加热器电源，经过10分钟左右再关闭水泵。
五、实验结果处理实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。
导热量（即主加热器的电功率）：Q = W = I U [W]W — 主加热器的电功率值 [W]I — 主加热器的电流值 [A]U — 主加热器的电压值 [V]由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件1和试件2）传导，所以 ）21（或2221U I W Q Q Q ⋅==== [W] 试件两面的温差：L R t t t -=∆ ][C ︒t R —试件的热面温度（即t 1或t 2） ][C ︒t L —试件的冷面温度（即t 3或t 4） ][C ︒导热系数为： ))(2()(2Ft t U I F t t W L R L R -⋅⋅-⋅=δδλ或 [C m w ︒⋅/] 将不同工况下测定的材料导热系数λ求平均值：n ····n21λλλλ+++=。
稳态平板实验指导说明
第二步：检查平板是否对正，是否有间隙存在
第三步 ：添加重物
第四步：检查线路接口有无松 动，在确定无误后打开总电源。
确保无误后
第五步：插上仪器插头，打开 插座电源，打开仪器电源。
第六步
3 调节合适的 5调节加温电 2 打开主加热开关 电压开始加温 压，使与主加 1 打开电源开关 热器电压接近 4开启辅助加热开关 6 热面温度达到一定 水平后，启动水泵
实验数据
工况 时间 T1（℃） T2（℃） T3（℃）
T4 （℃）
T5 （℃）
T6 （℃）
△T （℃）
V (v)
I (A)
Q (W)
设定电压 1
平均温度
设定电压 2
平均温度
设定电压 3
平均温度
设定电压 4
平均温度
1、为了建立一维稳定的温度场，本实验装置采取了哪些 措施？
2、本实验装置为什么限于测定非金属材料的热导率？对 被测试件的热导率范围有无限制？为什么？
第七步：一个工况试验后，可以将设 备调到另一工况，调节主加热器功率 后，再按上述方法进行测试得到另一 工况的稳定测试结果。每次增加的电 功率不宜过大，一般在5～10V为宜。
调节主加热器功率
最 后 关 闭 电 源 的 总 开 关
4 关闭电源开关 1 切断加热器电源
3 十分钟后， 关闭水泵
2 切断加 热器电源
一段时间后，观察辅助加热面的温度是否与主加 热面的温度一致，根据两加热面的温度情况适当 调整辅助加热器的电压（高降低、低增加）, 跟 踪调整使主、辅加热温度相一致。在加温过程中， 可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。 试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温 度开始趋于稳定。待温度基本稳定后，就可以进 行主加热电压U、主加热电流I和6个温度点的测 量记录（一般一个工况大概20分钟左右，此时 T1≈T2≈T5≈T6,T3≈T4，由于实验台的精度导致近 似相等的温度点相差0.5℃左右以认为正常）， 一个工况稳定后需要连续记录3组数据，从而得 到稳定的测试结果。
实验四、绝热材料导热系数测量
设下铜盘直径为D，厚度为δ，那么有
（6）
由比热容的基本定义C=ΔQ/m·ΔT′,得ΔQ=cmΔT′,故
（7）
将（6）、（7）两式代入（4）式，得
（8）
将（8）式代入（5）式得
（9）
式中：m——下铜盘的质量；
c——下铜盘的比热容。
五、实验步骤
1．用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L，然后取平均值。下铜盘的质量m由天平称出，其比热容C=3.805*102J/кg•℃
3.402
3.447
3.493
3.538
3.584
3.630
3.676
13
3.859
3.906
3.952
3.998
4.044
4.091
4.137
4.184
4.231
100
4.277
4.324
4.371
4.418
4.465
4.512
4.559
4.607
4.654
4.701
4．本实验选用铜—康铜热电偶，建议T1设定为60℃。
5.本实验要求使用手动温度控制。
七、仪器维护与保养
1．使用前将加热盘与散热盘面擦干净，将样品两端面擦净，以保证接触良好。
2．在实验过程中，如若移开电热板，请先关闭电源。注意不要烫伤手。
3．实验结束后，切断电源，保管好测量样品。不要使样品两端划伤，以至影响实验的精度。
因为P的上表面和B的下表面接触，所以P的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为S部。而实验中冷却曲线P是全部裸露于空气中测出来的，即在P的下表面和侧面都散热的情况下记录出来的。设其全部表面积为S全，根据散热速率与散热面积成正比的关系得
稳态平板法测定绝热材料导热系数_实验台--...
稳态平板法测定绝热材料导热系数实验台实验指导书一、实验目的1. 巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。
2. 测定试验材料的导热系数。
3. 确定试验材料导热系数与温度的关系。
二、实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。
对于不同的材料，导热系数是各不相同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。
各种材料的导热系数都用实验方法来测定，如果要分别考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能祗在一种实验设备上进行。
稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。
实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差△t 成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。
我们知道，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长和壁宽)的稳定导热量为： Q=F t · · ∆δλ[W]测试时，如果将平板两面的温差L R t t t -=∆、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积F 和通过平板的热流量Q 测定以后,就可以根据下式得出导热系数：Ft Q · · ∆=δλ W/(m 0C) 需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：)(21L R t t t += ［0C ］ 在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值。
然后将λ值标在λ一t ，座标图内，就可以得出λ ＝(f t )的关系曲线。
三、实验装置及测量仪表稳态平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图l 和图2所示。
将试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300［ｍｍ2］，实际导热计算面积F 为200×200［ｍｍ2］，板的厚度为δ［ｍｍ2］。
平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。
稳态平板法测定绝热材料导热系数--郑州大学2012
试验台主要参数 1.试验材料 2.试件外型尺寸：300×300 mm2 3.导热计算面积F: 200×200 mm2 (即主加热器的 面积) 4.试件厚度δ：(实测) 15mm 5.主加热器电阻值： 100Ω 6.辅加热器(每个)电阻值： Ω 7.热电偶材料：镍铬一镍硅 8.试件最高加热温度：≤80℃
六、实验结果分析及拓展工程应用
4.制冷系统和电厂都用哪些材料，它 们的导热系数如何测量，有哪些相应 的国家标准？ 5.第4题中的国家标准与本实验依据的 国家标准的异同？ 6.实验指导书与实际实验装置的异同 有哪些？
四、实验方法和步骤
１．将两个平板试件仔细地安装在加 热器的上下面，试件表面应与铜板严 密接触，不应有空隙存在。在试件、 加热器和水套等安装入位后．应在上 面加压一定的重物，以使它们都能紧 密接触。
四、实验方法和步骤
2．联接和仔细检查各接线电路。将主加热 器的两个接线端用导线接至主加热器电源； 而四个辅助加热器联成串联电路(实验台上 已联接好)。将主热电偶之一t2(或t1)接到跟 踪控制器面板上中间的主热电偶接线柱上， 而将辅热电偶之一t5(或t6)接到跟踪控制器 上的相应接线柱上。把水套冷面热电偶 t3(或t4) 接到跟踪控制器上的相应接线柱上。
五、实验结果处理
实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的 平均值。导热量(即主加热器的电功率) tR — 试件的热面温度 （即t1或t2） ℃ tL — 试件的冷面温度 （即t3或t4） ℃ 平均温度为：
tR tL t 2
平均温度为时的导热系数：
V W （或 2R( t R t L )F 2( t R t L )F
稳态平板法测定材料导热系数实验指导书
稳态平板法测定材料导热系数实验指导书一. 实验目的1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定材料导热系数的实验方法和技能。
2.测定试验材料的导热系数。
3.确定试验材料导热系数与温度的关系。
二.实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。
对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。
各种材料的导热系数都用试验方法来测定，如果要分别考虑因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。
稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定试验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。
试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差t ∆ 成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。
我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳定导热量为 Ft Q ⋅∆⋅=δλ [w]测定时，如果将平板两面的温差L R tt t -=∆、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积F 和通过平板的热流量Q 测定以后，就可以根据下式得出导热系数：F t Q ⋅∆⋅=δλ )/(C m W ︒⋅需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：)(21L R t t t +=][C ︒在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后将λ值标在t -λ 坐标图内，就可以得出)(t f =λ 的关系曲线。
四.实验方法和步骤1.将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。
在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，或用自动控制压紧装置压紧，以使它们都能紧密接触。
2.联接和仔细检查各接线电路。
将主加热器的两根导线接到仪表箱的主加热器电源接线端子上：而两个辅助加热器是经两两并联后再串联组成的串联电路（实验台上已联接好），同样将辅助加热器的两根导线接到仪表箱的辅助加热器电源接线端子上。
稳态平板法测定绝热材料导热系数实验数据记录与问题(2012)
4、本应测量试件冷、热表面温度的，但本实验中，热电偶是埋设在均热板面上和冷却面上而不是埋设在试件表面上，为什么？
稳态平板法测定绝热材料导热系数
一、试验数据
实验记录表
工况
时间
T1（℃）
T2（℃）
T3（℃）
T4
（℃）
T5
（℃）
T6
（℃）
△T
（℃）
V
(v)
(A)
(W)
1
设定电压
平均温度
2
设定电压
平均温度
3
设定电压
Hale Waihona Puke 平均温度4设定电压
平均温度
二、思考题
1、为了建立一维稳定的温度场，本实验装置采取了哪些措施？
2、本实验装置为什么限于测定非金属材料的热导率？对被测试件的热导率范围有无限制？为什么？
稳态平板法测定材料导热系数
教学实验2006稳态平板法测定材料导热系数（平板导热仪）指导书稳态平板法测定材料导热系数实验指导书一. 实验目的1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定材料导热系数的实验方法和技能。
2.测定试验材料的导热系数。
3.确定试验材料导热系数与温度的关系。
二.实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。
对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。
各种材料的导热系数都用试验方法来测定，如果要分别考虑因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。
稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定试验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。
试验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差t ∆ 成正比，和平板的厚度δ成正比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。
我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳定导热 量为 F t Q ⋅∆⋅=δλ[w] 测定时，如果将平板两面的温差L R t t t -=∆、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积F 和通过平板的热流量Q 测定以后，就可以根据下式得出导热系数：Ft Q ⋅∆⋅=δλ )/(C m W ︒⋅ 需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：)(21L R t t t += ][C ︒在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后将λ值标在t -λ 坐标图内，就可以得出)(t f =λ 的关系曲线。
三.实验装置及测量仪表稳态平板法测定材料导热系数的试验装置如图1和图2所示。
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300]mm，实际导热计[2算面积F为200×200]mm，平板试件分别被夹紧[2mm，板的厚度为 （实测）][2在加热器的上、下热面和上、下水套的冷面之间。
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。
传热学实验指导书
传热学实验指导书材料与冶金学院工程热物理实验室二O一一年六月三日实验1 平板法测定绝热材料导热系数实验一、实验目的1. 巩固稳态导热的基本理论；2. 掌握测定导热系数的平板稳态导热法；3. 测定保温材料的导热系数及随温度变化的关系。
二、实验原理导热系数是衡量物质导热能力的重要指标，其值与材料的几何形状无关，而与材料的成分、内部结构、密度和温度等有关。
在温度变化不大的范围内，对大多数材料可以认为其导热系数与温度成线性关系，如()λλ=+01bt (6-1-1)式中 λ0—材料在0℃时的导热系数，[W/m ⋅℃]； b —实验常数，取决于材料的性质； t —导热材料的温度，[℃]。
本实验采用平板稳态导热法测定材料的导热系数，其导热为一维稳态导热，如图1所示。
若用平壁的热面与冷面的平均温度()t t h c +2代入式（6-1-1）中的t ，则所得的导热系数就是在此温度范围内的平均导热系数⎺，即图1 通过平板的导热λλλ=++=+00121[()]()b t t bt h c(6-1-2) 另一方面，根据傅里叶定律，面积为F 的平壁的导热量Q 可表示为：Q t x F bt dtdxF =-=-+λ∂∂λ01() (6-1-3) 分离变量后积分，并整理得Q b t t t tFt tF h c h c h c=++-=-λδλδ12[()] (6-1-4)或⎺λ=QF t th cδ()-(6-1-4a)式中Q—导热量，[W]；δ—平壁壁厚，[m]；F—导热壁的计算面积，[m2]；t th c,—平壁的热面和冷面的温度，[℃]。
在实验中，δ和F是已知的，可见只要测定Q、th 和tc，就可确定平均导热系数λ。
测出不同平均温度t所对应的平均导热系数λ，就可确定λ和t 的关系曲线。
三、实验装置及本实验的导热系数计算式本实验装置是由两部分组成：1.炉体部分；2.测量和控制部分。
实验装置简图如图2所示。
本实验装置为具有主、辅两个加热器，采用双试件双冷却器进行测定材料的导热系数。
稳态平板法测定建筑材料的导热系数
实验一、稳态平板法测定建筑材料的导热系数一、实验目的1、巩固和加深稳定导热过程的基本理论。
学习DRP —1型导热系数测定仪的使用方法；2、测定试材的导热系数；3、确定试材导热系数与温度的关系。
二、实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。
导热系数与材料的种类、性质、结构、密度等因素有关。
同种材料的导热系数又取决于材料的温度，各种材料的导热系数通过实验方法测定。
平板法就是应用一维稳态导热过程的基本原理，测定建筑材料导热系数的一种方法。
在温度变化较小的范围内，可以认为材料的导热系数随温度作直线变化，即： )1(0bt +=λλ （1） 式中： 0λ：0℃时材料的导热系数。
b ：材料导热系数随温度变化的系数。
见图一，平板内为一维稳态导热过程由傅立叶定律： dxdt bt q )1(0+-=λ （2）式中： q ：热流密度，w/m 2；dxdt ：试件内的温度梯度，℃/m 。
（2）式分离变量后积分可得： ct b t qx o ++-=)2(2λ （3）代人边界条件：x=0 t=t 1 （4） x=σ t=t 2 （5） 消去常数C 可得： ))(21(21210σλt t t t bq -++= σλσλ21210))(1(t t t t bt mm -=-+= （6）或 σλ/)(21t t F Fq Q m -== （7） 即 )(21t t F Q m -=σλ （8）其中 F ：平壁表面积，m 2 σ：平壁的厚度，mλm ：平均温度tm=122t t +时材料的导热系数，w/m ℃如果，在实验中，创造一定的条件，使平板试件内维持一维稳态温度场，并测出σ、F 、Q 、t 1和t 2等值 ，则由（8）可求得tm 下的导热系数。
试件材料的λ=f （t ）是直线关系时，λm 就是λt 1和λt 2 的平均值，即tm 下的真实导热系数λ，进而即可确定λ～t 的关系曲线。
三、实验装置及测量仪表图二 实验装置示意图材料为两块圆形平板，直径为200mm ，厚度为20mm （S ＜＜d 可视试件为薄壁厚度）。
材料导热系数的测定实验
（一）稳态平板法测定绝热材料导热系数 一、实验目的
学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。 测定试验材料的导热系数，确定导热系数与温度的关系 。
二、实验原理
在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和厚度δ、平板两面 的温差 t t R t L 和导热系数λ成正比： Q t A 通过测定平板两面的温差△t、平板厚度δ 、垂直热流方向的 Q 导热面积A和通过平板的热流量Q得出导热系数 ： t F 在不用的温度和温差条件下测出相应的λ值，然后将λ值标在 坐标图内，就可以得出 t 的关系曲线。 f (t )
学习用球体法测定疏散物质导热系数实验方法和测试技能。 实际测定被试材料的导热系数λm，绘制λm-t关系曲线。
二、实验原理
球体法是在两个同心圆球所组成的夹层中放入颗粒状及粉末 状试材，内球为热球，加电后，发出热量，球的直径为d1， 表面温度为t1，外球（球壳）为冷球，直径为d2，壁面温度 为t2，根据稳态导热的付立叶定律，通过夹层试材的导热量 t1 t 2 为： Q 在实验过程中，测定出Q、t 1和t2，就可以根据上式计算出 材料的导热系数： Q(d 2 d1 ) m 2d1d 2 (t1 t 2 ) 测出不同温度下导热系数，在λ－t坐标中测出一条λ－t的关 系曲线，根据曲线即求出来λ＝f（t）的关系式。
1 t (t R t L ) 2
三、实验装置
测试系统包括：平板试件装置、循环水槽、直流稳压电源、 数显电压电流表及数显温度巡检仪测温装置等。
材料结构图： 试验材料为二块方形聚氯乙烯薄壁平板，实际导热计算面 积A为200×200mm2，板的厚度为δ 15mm。
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实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ
一、 实验目的
1、 巩固和深化稳态导热过程的基本理论，学习用平板法测绝热材料热导率的实验方法
和技能 2、 测定实验材料的热导率
3、 确定试验材料热导率与温度的变化关系
二、 实验原理
热导率是表征材料导热能力的物理量。
对不同的材料，热导率各不相同；对同种材料，热导率会随温度、压力、含湿量、物质的结构和密度等因素而不同。
各种材料的热导率都是采用实验方法来测定的，如果分别考虑不同因素的影响，就需要对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。
稳态平板法是应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料热导率的方法，可以用来测定材料的热导率及其与温度的变化关系
实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q 和平板两面的温差Δt 成正比，与平板的厚度成反比δ，与热导率λ成正比的关系来设计的
由一维稳态理论，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长与壁宽）的稳态导热量为
δ
λt
A
Q ∆= w
测试时，如果能够测得平板两面的温差Δt=t R -t L 、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积A 和通过平板的热流量Q ，即可根据下式计算得出热导率λ：
A
t Q δ
λ∆=
W/m.℃ 上式计算得出的热导率是当时平均温度下材料的热导率值，此平均温度为
)t t (2
1
t L R +=
℃ 在不同的温度和温差条件下测出相应的热导率λ，将λ值标在λ—t 坐标图内，就可得出λ=f(t )的关系曲线
三、 实验装置及测量仪表
稳态平板法测绝热材料热导率的实验装置如图1和图2所示。
被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积300x300[mm 2
],实际导热计算面积A 为
200x200[mm 2
],板的厚度为δ[mm]。
平板试件被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面
图1 实验台主体示意图
（循环冷却水的水箱与水泵未示出）
之间。
加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。
利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通以自来水）来实现。
中间200X200[mm2]部位上安设的加热器为主加热器。
为使主加热器的热量能全部单向通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即200X200[mm2]之外的四侧）设有四个辅助加热器（1-4），利用专用的温度跟踪控制器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度一致，以免热量向旁侧散失。
主加热器的中心温度t1(或t2)和水套冷面中心温度t3（或t4)用四个热电偶（埋设在铜板上）来测量；辅助加热器1和辅加热器2的热面也分别设置两个辅热电偶t5和t6（埋设在铜板的相应位置上），其中一个辅热电偶t5或t6接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电偶t2或t1的温度信号比较，通过温度跟踪器使全部辅助加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。
而在实验进行时，可以通过热电偶t1（或t2）和热电偶t3(或t4）测量出一个试件的两个表面的中心温度。
也可以再测量一个辅热电偶的温度，以便于主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制与跟踪情况。
温度是利用电位差计和转换开关来测量的。
主加热器的电功率可以用电功率表或电压表和电流表来测量。
图2 试验台的电路联图（用电位差计测温未示出）
[附］实验台主要参数
1．试验材料：
mm
2．.试件外型尺寸：300x3002
mm（即主加热器的面积）
3．导热计算面积A：200x2002
4．试件厚度δ：（实测）
5．主加热器电阻值：Ω
6．辅加热器（每个）电阻值：Ω
7．热电偶材料：镍铬一镍硅
8．试件最高加热温度：≤ 80℃
四、 实验方法和步骤
1、 将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不
应有空隙存在。
在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。
2、 联接和仔细检查各接线电路。
将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源；
而四个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路（实验台上己联接好），并按图2所示联接到辅加热器电源上和跟踪控制器上。
电压表和电流表（或电功率表）
应按要求接入电路。
将主热电偶之一 1t （或2t
）接到跟踪控制器面板上左侧的主
热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一 5t （或 6t
）接到跟踪控制器上的相应接
线柱上。
把主热电偶1t （或2t ）、水套冷面热电偶3t （或4t ）和辅热电偶 5t
（或 6
t ）都接到热电偶转换开关上，转换开关与电位差计的“未知”相接。
3、 检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好，校正电位差计
的零位。
4、 接通加热器电源，并调节到合在的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制器。
在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。
开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵（或接通自来水），向上下水套通人冷却水。
试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。
在这过程中可以适当调节上加热器电源、辅加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状态。
待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电功率W （或电压V 和电流1）读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。
5、 一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，即调节主加热器功率后，再按上述
方法进行测试，得到另一工况的稳定测试结果。
调节的电功率不宜过大，一般在 5～10w 为宜。
6、 根据实验要求，进行多次工况的测试。
（工况以从低温到高温为宜）。
7、 测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过10分钟左右后再关闭水泵
（或停放自来水）。
五、 实验结果处理
实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。
导热量（即主加热器的电功率）：
Q=W ( 或IV) W W 一主加热器的电功率值 W I 一主加热器的电流值 A V 一主加热器的电压值 V
由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件1和试件2）传导，所以
)V I 2
1
(W 21Q 21Q Q 21∙===
=或 W 试件两面的温差：R L t t t ∆=- ℃
R t 一试件的热面温度（即1t 或2t ） ℃ L t 一试件的冷面温度（即3t 或4t ） ℃
平均温度为
1
()2t t t R L
=
+ ℃ 平均温度为 t 时的热导率：
将不同平均温度下测定的材料热导率在λ—t 坐标中得出λ—t 的关系曲线，并求出λ=f(t ) 的关系式。
六、 实验测试与实验报告举例
1、 实验装置电路连接图
实验台电路连接图（用电位差计测温未示出）
2、 实验记录
试 验 材 料 ：聚氯乙烯 试件外型尺寸 ：300 X 300mm2
试件导热面积 ：200X200 mm2（即主加热器面积） 试件厚度 δ ：15mm 主加热器电阻值：100Ω 辅加热器电阻值：4 X 25Ω 热 电 偶 材料 ：镍铬镍硅
[注] t R ,t L 为热电偶用电位差计测出的毫伏数换算出的读数温度。
实际温度=读数温度+环境温度
实验记录表
3、 实验结果处理
取实验记录中最后四点稳定的IR 和人值，计算出它们的平均值：
47.32410
.3357.3225.3297.31t R =+++=
℃
74.44
10
.593.437.422.4t L =+++=
℃
冷热面温差73.2774.447.32t -t t L R =-==∆ ℃
11.004
.0015
.073.27216A t 2W =∙=∆=
δλ W/m ℃。