稳态球体法测定粒状材料导热系数(精)
稳态法测量导热系数
稳态法测量导热系数方案
分析：
由傅里叶定律可知，要想得出材料的导热系数，首先得知道通过材料上的热流密度q 及其材料的温度变化率/t x 。
热流密度是指单位时间内通过单位面积的热量，热量可由电功率计算，即可通过电压电流表间接测出，面积可由尺具测出。
温度变化率可由测温仪器和计时表测出。
热源可由温度可控的电热管提供。
测量方案：
1. 主要实验器材
电热管、保温箱、电流表、电压表、测温器、计时表
2. 实验步骤：
1.前期准备
检查实验设备能否正常工作，对于固体工件可对其表面进行打磨处理，减少工件表层氧化膜对工件正常导热造成影响，对于液体材料要保证装乘器皿要足够清洁，同时应将实验处的门窗关上，减小实验误差。
2.测量材料导热面积和温度
使用尺具测量材料的边界温度并计算出其面积A ，使用测温仪器测量出材料的初始
中心温度0T
3.加热材料
将电热管的加热温度设定为T 并在保温箱里对材料进行加热，同时用计时表开始计
时，每格t 便对材料的中心处进行温度测量，记录下相应的温度12,,n T T T ……并对
所测得的温度值进行观察。
4.测量热流量
当材料被加热一段时间后，当材料温度超过某一个测得温度后不在升高或者变化幅
度很小的时候，再测5组温度值，并用电流电压表测出材料两端的电流I,电压V 。
5.结束测量
关掉电源停止加热，清理实验设备。
3. 数据处理
将最后测得的5组温度值取平均数得T ，并求出从初始加热到倒数第6组温度所需
要的时间t,则材料的导热系数为：
/(/)IU A T t λ=-
4. 结论
将所测得的温度与标准值进行对比并分析误差。
(完整word版)圆球法测量导热系数
圆球法测定材料导热系数一、目的在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系λ=λ0(1+bt)二、原理本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。
设有一空心球体，球的内表面直径d 1，外表面直径为d 2，壁厚212d d -=δ，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t 1和t 2，则根据傅立叶定律得δπλπλ21212121)(11)(2dd t t d d t t Q -=--=（1）移项得)()(21212121t t d d IU t t d d Q -=-=πδπδλ （2）式中：I 为电热器的工作电流U 为电热器的工作电压；λ为试验材料在温度221tt t -=时的导热系数。
如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn 及其对应的t 1、t 2、t 3…t n 在坐标纸上绘出其坐标位置，如下图所示。
绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。
由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。
因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。
实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。
三、实验装置本实验装置中，仅取四个温度工况。
为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。
每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。
内球外径为d1，外球的内径为d2。
四个空心球体的几何尺寸见下表：球体结构的尺寸内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。
《传热学》实验 球体法测粒状材料的导热系数
《传热学》实验球体法测粒状材料的导热系数一、实验目的和要求1、巩固稳定导热的基本理论，学习用圆球法测定疏散物质的导热系数的实验方法和测试技能。
2、实际测定被试材料的导热系数λ。
m3 、绘制出材料的导热系数λ与温度t的关系曲线。
m二、实验原理圆球法测定物质的导热系数，就是应用沿球壁半径方向三向度稳定导热的基本原理来进行对颗粒状及粉末状材料导热系数的实验测定。
导热系数是一个表征物质导热能力大小的物理量，对于不同物质，导热系数是不相同的，对于同一种物质，导热系数会随着物质的温度、压力、物质的结构和重度等有关因素而变异。
各种不同物质导热系数都是用实验方法来测定的；几何形状不同的物质可采用不同的实验方法，圆球法是用来疏散物质导热系数的实验方法之一。
圆球法是在两个同心圆球所组成的夹层中放入颗粒状或粉末状材料，内球为热球，直径为d表面温度为t，外球（球壳）为冷球，直径为d壁面温度为t。
根DDvd据稳态导热的付立叶定律，通过夹层试材的导热量为：,tt12 [w] ,,111(,)2,,ddm12在实验过程中，测定出Φ、t 和t，就可以根据上式计算出材料的导热系数：12,(d,d)21, [w/m ?] ,m,2dd(t,t)1212改变加热量Φ就可以改变避面温度t 和t，也就可以测出不同的温度下试材的12导热系数，这样就可以在t 和t坐标中测出一条t 和t的关系曲线，根据这条曲1212线即可求出λ=f(t)的关系式。
三、实验装置及测量仪表球体法实验装置的系统图如图4-1所示，整个测试系统包括：圆球本体装置、交流调压器、交流稳压电源、0.5级瓦特表、UJ33a型电位差计和热电偶转换开关盒等。
圆球本体的示意图如图4-2所示，它由铜质热球球体、冷球球壳、保温球盒和泡沫塑料保温套等组成。
热球球体由塑料支架架设在整个圆球本体的中央，球体内；冷球球壳由两个半球球壳合成，球壳内空，为恒温水套，通以恒温水槽的D 部埋设加热元件，通电后是球体加热，球体表面设有热电偶1，用以测量热球表面循环水流，球壳内壁面设有热电偶2，用以测量冷球壳壁温度t；热球和冷球球壳2温度t之间的夹层中，可放入疏散颗粒体或粉末体试材料，热球发出的热量将全部通过被试验材料传导的冷球球壳，并由球壳中的循环水带走。
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。
稳态法测量导热系数
稳态法测量导热系数TC—3型导热系数测定仪实验讲义杭州富阳精科仪器有限公司（原杭州富阳电表厂）导热系数的测量导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
材料结构的变化与含杂志等因素都会对导热 数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过试验来具体测定。
测量导热系数 的方法比较多，但可以归并为两类基本方法：一类是稳态法，另一类为动态法。
用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。
而在动态法中，待测样品的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。
本试验采用稳态进行测量。
【试验目的】用稳态法侧出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。
【试验原理】根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为T1、T2的平行平面（设T1>T2）,若平面面积为S,在△t 时间内通过面积S 的热量△Q 满足下述表达式:Q t ∆∆=λS 12T T h- (1) 式中Qt∆∆为热流量,λ即为该物质的热导率(又称作导热系数),λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是W 11m k --⋅⋅。
本试验仪器如图所示：图 1 稳态法测定导热系数试验组装图在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待侧样品B （圆盘形的不良导体），再把带发 热器的圆铜盘A 放在B 上，发热器通电后，热量从A 传到B 盘，在传到P 盘，由于A 、P 盘都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度T1、T2，T1、T2分别由插入A 、 P 盘边缘小孔热电偶E 来测量。
热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。
由式（1）可以知道， 单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为Qt=λ12T T hb -πR 2B（2）公式中R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度，当然传导达到稳定状态时，T 1、T 2的值 不变，于是通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速度相等，因此，可通 过铜盘P 在稳定温度T 2时的散热速度来求出热流量Qt∆∆。
稳态法导热系数测量实验报告
稳态法导热系数测量实验报告实验目的：利用稳态法测量材料的导热系数。
实验原理：稳态法是一种测量物质导热性质的方法，利用稳定的热传导过程来确定材料的导热系数。
稳态法的基本原理是根据热传导定律，当热传导达到稳定时，各层的热流量相等。
根据热传导定律可以得到以下公式：q = k * A * (T2 - T1) / d其中，q为单位时间内通过材料某一横截面的热流量，k为材料的导热系数，A为热流通过的横截面积，T1为热流起点的温度，T2为热流终点的温度，d为热流的传播距离。
实验步骤：1. 准备实验装置，将待测材料样品剪制成适当大小，并用绝缘材料包裹，以减少热流的散失。
2. 将样品放置在导热盘上，保证样品与导热盘接触良好。
3. 通过电源调节导热盘的加热功率，使得样品上下两侧的温度差较大，但保持稳定。
4. 使用热电偶测量样品上下两侧的温度，记录两侧温度差ΔT。
5. 测量导热盘的尺寸并计算出热流通过的横截面积A。
6. 根据公式q = k * A * ΔT / d，计算出材料的导热系数k。
实验结果：根据实验数据计算出材料的导热系数k。
实验讨论：分析实验结果，讨论实验误差及其可能的来源。
结论：根据实验结果和讨论，得出关于材料导热系数的结论，并对实验进行总结。
实验注意事项：1. 实验中要保持恒定的外部环境温度，以减少外界因素对实验结果的影响。
2. 导热盘加热时要注意控制加热功率，避免样品温度过高导致结果不准确。
3. 热电偶要保持良好的接触，避免温度测量误差。
4. 实验结束后要将实验装置清理干净，保养各种仪器设备。
参考文献：[1] xxxx. 热传导与导热系数测量实验报告[M]. 北京：xx出版社，2000.以上是稳态法导热系数测量实验报告的基本内容，具体根据实验的具体要求和实验数据进行修改和补充。
稳态球体法测定粒状材料导热系数
稳态球体法测定粒状材料导热系数稳态球体法被广泛用来测定粒状材料的导热系数。
在这个方法中，测量样品的热导率通常被视为一个代理指标，以了解样品中小颗粒的热传导性质。
在这种情况下，基本原理是利用一个孔径为球形的体积形状，在恒定温度梯度下测量热流量。
这个球形体积被认为是纯材料的热储罐，抵消了样品中颗粒的热传导阻力。
暴露在一个稳定的热源上，并在球体表面的定位位置测量温度。
球体应该有足够的体积，以便可以通过这个设备来实现温度差。
球体的直径应该足够大，以便在连续的热传导过程中不受该装置中的任何相互作用的影响，以提供最精确的结果。
为了确定样品的热导率，必须在样品上测量温度梯度。
这可以通过在不同位置测量温度值来实现。
在球体中心安放有热源，温度必须稳定并保持不变以提供恒定的温度梯度。
此外，热源必须适合在球体中心引起恒定点热流，并具有可预测的温度依赖性。
样品应该细致处理以确保其中不含任何空隙。
颗粒大小需要在同一范围内，并且粉末的密度需大于0.5g/cm3来防止空隙和空气通过保护层和实验室空气流进样品。
使用稳态球体法测量热导率时需要注意一些关键因素，如设备的温度稳定性，温度传感器的精度和灵敏度，以及样品放置时可能发生的不均匀微观变化。
这些因素均可能影响测量结果的可靠性。
因此，通过稳态球体法测量样品的热导率时，需要进行精确的实验室控制和数据精度分析。
为了准确地测量材料的热导率，需要使用多种温度梯度，以提供充分的数据量用于建立样品的热传导特性模型。
总而言之，稳态球体法是一种准确测量粒状材料热导率的方法。
通过仔细的样品处理和实验室控制，以及充分的数据分析，可以获得准确的结果。
球体法测定粒状材料导热系数的误差分析与改进
球体法测定粒状材料导热系数的误差分析与改进刘旭阳;魏燕;岳新智【摘要】本文利用某台校内实验用设备对河沙的导热系数进行了测定,对照理论数据,其实验误差高达71.45％.在分析误差原因的基础上,对设备进行了检修和改进,主要对其球体部分、热电偶测点位置及可调电阻进行了调整与更换,并重新进行了导热系数的测定.改进前后,该设备测定的30℃时黄沙的导热系数由λ=0.0882 w/m·℃提高为λ=0.3721 w/m·℃.改进前后相比,该设备的实验数据更加稳定可靠,为今后传热学实验的顺利进行提供了参考数据.【期刊名称】《黑龙江科学》【年(卷),期】2018(009)020【总页数】3页(P25-27)【关键词】球体法;粒状材料;导热系数;误差【作者】刘旭阳;魏燕;岳新智【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TK38导热系数是表征材料导热性能的重要物性参数，粒状材料导热系数的实验测定是传热学研究和高校专业教学实验的基本课题[1]。
对于稳态法测定粒状材料导热系数而言，通常是根据被测材料的物理特性或条件来设计制造导热系数的测量装置，常用的方法有球体法、圆柱法和圆管法等。
球体法测量导热系数是基于等厚度球状壁的一维稳态导热过程，适用于粒状材料[2]。
然而，在实际教学中发现该实验存在着设备检修周期过长和实验数据不稳定等诸多问题，容易让学生对基础知识的掌握差生偏差[3-6]。
针对以上问题，对我校的圆球法测定粒状材料导热系数的实验装置进行了实验误差分析，并提出了改进措施，希望可以实现更高精度的导热系数测量，完善高校实验对导热系数测量的要求，可以让学生更好地实践并掌握理论知识，同时提高他们的动手操作能力和分析解决问题的能力。
1 实验原理、仪器与方法1.1 实验原理在两个直径不同的薄壁同心球可组成的空腔内，均匀充满一定容重的颗粒状被测试材料。
传热学-球体法测导热系数(2014修改)
《传热学》实验指导书实验名称：用球体法测定粒状材料的导热系数实验 实验类型: 验证性实验 学 时：2适用对象: 热动、集控、建环、新能源等专业一．实验目的1. 巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的导热系数的方法。
2. 确定导热系数和温度之间的函数关系。
二．实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量，其单位为（W/m·K ）。
对于不同的材料，导热系数是不同的。
对于同一种材料，导热系数还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量、吸热性等）和结构情况。
各种材料的导热系数都是用专门的实验测定出来的，然后绘成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。
球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定颗粒状及纤维状材料导热系数的实验方法。
设有一空心球壳，若内、外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶定律：rtr r t AΦd d 4d d 2λπλ-=-= （1） 在稳态情况下，球壳内沿坐标r 方向的热流量为常数， 对式（1）分离变量，并根据边界条件积分有：⎰⎰-=2121d 4d 2r r t t t rr Φλπ （2） 1. 若λ＝常数，则由（1）、（2）式求得122121122121)(2)(4d d t t d d r r t t r r Φ--=--=πλπλ （3） )(2)(212112t t d d d d Φ--=πλ （4）2. 若≠λ常量， 在式（2）等号右侧分子分母同乘以12t t -，有)(d )(4d 121222121t t t t t t rr Φt t r r ---=⎰⎰λπ （5） 式中1221)(t t dtt t t -⎰λ项显然就是导热系数在1t ~2t 温度范围内的积分平均值。
用m λ表示，即1221)(t t dtt t t m-=⎰λλ，工程计算中材料导热系数对温度的依变关系一般按线性关系处理，即)1(0bt +=λλ。
球体法测量导热系数实验
传热学实验一用球体法测量导热系数一、实验目的1. 加深对稳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进行导热计算。
二、实验原理1.导热的定义：物体内具有温差的各部分之间不发生相对位移，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能传递。
2.傅里叶导热定律：Φ=−λAðtðx(1-1)3.球体法测量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，就可由下式（1-4）计算被测材料的导热系数λ。
4.球体导热系数的推导过程：如图1所示，内外直径分别为d1和d2的两个同心圆球的圆壳（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此球壁的导热过程，得导热微分方程：Φ=−λA dtdx =−λ4πr2dtdx(1-2)边界条件：r=r1，t=t1r=r2，t=t2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，即λ=λ0(a +bt)，对式 (1-2) 积分并带入边界条件得Φ=2πλ(t 1−t 2)1d 1−1d 2=2πλd 1d 2(t 1−t 2)d 2−d 1(1-3)即：λ=Φ(d 2−d 1)2πd1d 2(t 1−t 2)(1-4)(1-4)式中， Φ为球形电炉提供的热量（W ）。
事实上，由于给出的λ是隔热材料在平均温度t m =(t 1−t 2)2时的导热系数，故在实验中只要维持温度场稳定，测出球径d 1=250 mm ，d 2=110 mm ，热量Φ及内外球面温度t 1、t 2，即可求出温度t m 下隔热材料的导热系数，而改变t 1和t 2即可获得λ−t 关系曲线。
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。
稳态球体法测粒状材料的导热系数
实验一稳态球体法测粒状材料的导热系数指导书一、实验目的球体法测材料的导热系数是基于等厚度球状壁的一维稳态导热过程，它特别适用于粒状松散材料。
球体导热仪的构造依球体冷却的不同可分为空气自由流动冷却和恒温液体强制冷却两种。
二、实验原理图1所示球壁的内径直径分别为d 1和d 2（半径为r 1和r 2）。
设球壁的内外表面温度分别维持为t 1和t 2，并稳定不变。
将傅里叶导热定律应用于此球壁的导热过程，得drdtFQ λ-= drdt r 24πλ∙-= W（1）边界条件为r=r 1 t=t 1r=r 2 t=t 2 图 1 原理图 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按直线关系处理，对式（1）积分并代入边界条件，得)(2121t t d d Q m-=δλπ W（2）或 )(2121t t d d Q m -=πδλW/m ·℃ （3）式中 δ——球壁之间材料厚度，δ=（d 2-d 1）/2，m ；λm ——t m =(t 1+t 2)/2时球壁之间材料的导热系数。
因此，实验时应测出内外球壁的温度t 1和t 2，然后可由式（3）得出t m 时材料的导热系数λm 。
测定不同t m 下的λm 值，就可获得导热系数随温度变化的关系式。
三、实验设备导热仪本体结构及量测系统示意图如图2所示。
图 2体结构及量测系统示意图本体由两个厚1~2mm的紫铜球壳1和2组成，内球壳外径d1，外球壳内径d2，在两球壳之间均匀充填粒状散料。
一般d2为150~200mm，d1为70~100mm，故充填材料厚为50mm左右，内壳中装有电加热器，它产生的热量将通过球壁充填材料导至外球壳。
为使内外球壳同心，两球壳之间有支承杆。
外球壳的散热方式一般有两种：一种是以空气自由流动方式（同时有辐射）将热量从外壳带走；另一种是外壳加装冷却液套球，套球中通以恒温水或其他低温液体作为冷却介质。
本实验为双水套球结构。
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。
稳态法测导热系数实验报告
一、实验目的1. 理解稳态法测量导热系数的基本原理。
2. 掌握稳态法测量导热系数的实验步骤和操作技巧。
3. 通过实验，了解不同材料的导热性能差异。
4. 分析实验结果，验证理论公式，提高实验数据处理能力。
二、实验原理稳态法测量导热系数的原理基于傅里叶热传导定律。
在稳态条件下，物体内部的热量传递达到平衡，即单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。
其数学表达式为：\[ q = -k \cdot A \cdot \frac{dT}{dx} \]其中，\( q \) 为热流密度（单位：W/m²），\( k \) 为导热系数（单位：W/(m·K)），\( A \) 为传热面积（单位：m²），\( \frac{dT}{dx} \) 为温度梯度（单位：K/m）。
通过测量物体两侧的温度差和物体厚度，即可计算出导热系数。
三、实验仪器与材料1. 导热系数测试仪2. 铝合金样品3. 热电偶4. 数据采集卡5. 实验台6. 温度计7. 计算机等四、实验步骤1. 将铝合金样品放置在实验台上，确保样品与实验台接触良好。
2. 将热电偶分别固定在样品两侧，并调整位置，使热电偶与样品表面紧密接触。
3. 打开导热系数测试仪，预热一段时间，使仪器达到稳态。
4. 启动数据采集卡，记录热电偶测量的温度数据。
5. 持续采集温度数据，直至数据稳定，即达到稳态。
6. 关闭数据采集卡，停止实验。
7. 将采集到的温度数据导入计算机，进行数据处理。
五、数据处理1. 计算样品两侧的温度差 \( \Delta T \)。
2. 计算样品厚度 \( L \)。
3. 根据公式 \( q = -k \cdot A \cdot \frac{dT}{dx} \)，将 \( \Delta T \)、\( L \) 和 \( A \) 代入，求解导热系数 \( k \)。
六、实验结果与分析通过实验，测量得到铝合金样品的导热系数为 \( k = 237 \, \text{W/(m·K)} \)。
稳态法导热系数的测量实验报告
稳态法导热系数的测量实验报告一、实验目的1、了解稳态法测量导热系数的原理和方法。
2、掌握测量导热系数的实验技能。
3、学会使用相关实验仪器，并分析实验误差。
二、实验原理稳态法是利用热源在待测样品内形成稳定的温度场，通过测量传热速率和温度梯度来计算导热系数。
当热量在样品中稳定传递时，根据傅里叶定律，热流密度＄q$ 与温度梯度＄＼frac{dT}｛dx}＄成正比，比例系数即为导热系数＄＼lambda$，即：＄q ＝＼lambda\frac{dT}｛dx}＄在实验中，我们通过测量加热功率＄P$、样品的横截面积＄A$、冷热面之间的温度差＄＼Delta T$ 以及样品的厚度＄d$ 来计算导热系数＄＼lambda$。
其计算公式为：＄＼lambda ＝＼frac{Pd}｛A\Delta T}＄三、实验仪器1、稳态法导热系数测定仪包括加热装置、冷却装置、测温热电偶等。
2、数字电压表用于测量热电偶的热电势。
四、实验步骤1、准备样品选取尺寸合适、表面平整的待测样品，将其安装在导热系数测定仪的样品架上。
2、连接线路将热电偶与数字电压表正确连接，确保测量信号的准确传输。
3、开启仪器打开加热装置和冷却装置，设置合适的加热功率和冷却温度。
4、测量温度待温度稳定后，读取冷热面热电偶的温度值，记录温度差＄＼Delta T$。
5、测量功率同时读取数字电压表上显示的加热功率＄P$。
6、记录数据记录样品的横截面积＄A$ 和厚度＄d$ 等参数。
7、重复测量改变加热功率，重复上述步骤进行多次测量，以提高实验结果的准确性。
五、实验数据处理1、将测量得到的加热功率＄P$、温度差＄＼Delta T$、样品的横截面积＄A$、厚度＄d$ 等数据代入公式＄＼lambda ＝＼frac{Pd}｛A\Delta T}＄，计算出导热系数＄＼lambda$。
2、对多次测量的数据进行平均值计算，以减小随机误差。
3、分析实验数据的误差来源，如热电偶的测量误差、加热功率的不稳定、样品尺寸的测量误差等。
稳态法测量材料的导热系数
稳态法测量材料的导热系数2015-04-02导热系数是表征材料导热能力大小的量。
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料的两侧温度相差1°C时，在单位时间内，通过1m2所传导的热量。
材料结构的变化与含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响。
由于导热性能有许多种测量方法，事先必须考虑到材料导热系数的大致范围和样品特征，以及使用温度的大致范围，以选用正确的测量方法。
本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义，热流法、保护平板法测量导热系数的原理与应用。
稳态测试方法主要适用于测量中低导热系数材料。
稳态法就是当待测试样上温度分布达到稳定后，通过测量试样内的温度分布和穿过试样的热流来测出导热系数。
稳态法通常要求试样质地均匀、干燥、平直、表面光滑。
稳态法测导热系数的基本原理图及公式为：λ=Qd/A△T；单位:W/(m•K)注意：稳态条件下；材料应为单一均质的干燥材料。
Q:热流稳定后，通过试样的热流量（w）；d:试样厚度(m)；A:试样面积(m)；:温度差(℃)。
热流计法热流计法是一种基于一维稳态导热原理的比较法。
将样品插入两个平板间，在其垂直方向通入一个恒定的单向的热流，使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。
热流法适用于低导热材料，测试时将样品夹在两个热流传感器中间测试，在达到温度梯度稳定期后，测量样品的厚度、上下板间的温度梯度及通过样品的热流便可计算得到导热系数的绝对值。
适合测试导热系数范围为0.001~50W/m•K的材料如导热胶、玻璃、陶瓷、金属、铝基板等低导热材料。
护热平板法护热板法导热仪的工作原理和使用热板与冷板的热流法导热仪相似，保护热板法的测量原理如下图所示。
热源位于同一材料的两块样品中间。
热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。
当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流及试样上、下表面的温度及厚度，应用傅立叶导热方程计算Tm温度时的导热系数。
传热学实验导书2
[实验一]用球体法测定粒状材料的导热系数一、实验目的1、巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的热导率的方法。
2、确定热导率和温度之间的函数关系。
二、实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为W/(m ·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。
对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。
各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。
球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。
设有一空心球体，若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶导热定律：drdtr dr dt Aλπλφ24-=-= （1） 边界条件2211t t r r t t r r ====时时 （2）1、若λ= 常数，则由（1）（2）式求得122121122121)(2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W])(2)(212112t t d d d d --=πφλ [W/(m ·K)] (3)2、若λ≠ 常数，（1）式变为drdtt r )(42λπφ-= （4） 由（4）式，得dt t r dr tt r r ⎰⎰-=2121)(42λπφ 将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得)()(4121222121t t t t dtt rdr t t r r ---=⎰⎰λπφ (5) 式中1221)(t t dtt t t -⎰λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值，用m λ表示即1221)(t t dtt t t m -=⎰λλ，工程计算中，材料的热导率对温度的依变关系一般按线性关系处理，即)1(0bt +=λλ。
因此，)](21[)1(21012021t t bt t dtbt t t m ++=-+=⎰λλλ。
稳态圆筒法测定材料的导热系数
稳态圆筒法测定材料的导热系数单位为瓦/米·度（w/(m·k)。
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（k，℃），在1秒内（1s），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（w/(m·k)，此处为k可用℃代替）。
导热系数仅针对存在导热的传热形式，当存在其他形式的热传递形式时，如辐射、对流和传质等多种传热形式时的复合传热关系，该性质通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数（thermal transmissivity of material）。
此外，热传导系数就是针对均质材料而言的，实际情况下，还存有存有多孔、多层、多结构、各向异性材料，此种材料赢得的热传导系数实际上就是一种综合导热性能够的整体表现，也称作平均值热传导系数。
常用的导热系数测试方法有：热流计法、防护热板法、圆管法、热线法、闪光法:。
1、热流计法热流计法是一种间接或相对的方法。
它是测试试件的热阻与标准试件热阻的比值。
当热板和冷板在恒定温度和温差的稳定状态下，热流计装置在热流计中心区域和试件中心区域建立一个单向稳定热流密度，该热流穿过一个（或两个）热流计的测量区域及一个（或两个接近相同）试件的中间区域。
2、防水热板法防护热板法的工作原理和热流法相似，其测试方法是公认的准确度最高的，可用于基准样品的标定和其他仪器的校准，其实验装置多采用双试件结构。
其原理是在稳态条件下，在具有平行表面的均匀板状试件内。
创建类似两个平行的温度光滑的平面为界的无限大平板中存有的一维的光滑热流密度。
双试件装置中，由两个几乎相同的试件共同组成，然后其中夹一个冷却单元，冷却单元由一个圆或方形的中间加热器和两块金属板共同组成。
热流量由冷却单元分别经两侧试件托付给两侧加热单元。
3、圆管法圆管法就是根据圆筒壁一维稳态热传导原理，测量单层或多层圆管边界层结构热传导系数的一种方法。
如果绝热材料在管道上采用，则必须根据采用状况用圆管法展开测量。
稳态法测导热系数实验报告
稳态法测导热系数实验报告实验目的，通过稳态法测定不同材料的导热系数，掌握测定方法，了解不同材料的导热性能。
实验仪器，导热系数测定仪、试样、温度计、电热器、电源等。
实验原理，稳态法测定导热系数是利用热传导定律，通过测定材料两端温度差和导热材料的长度、面积等参数，计算出导热系数的方法。
实验步骤：1. 将试样放入导热系数测定仪中，接通电源，使试样两端温度差稳定在一定数值。
2. 测量试样两端的温度差，记录下来。
3. 测量试样的长度、面积等参数。
4. 根据测得的数据，计算出试样的导热系数。
实验结果与分析：通过稳态法测定，我们得到了不同材料的导热系数如下：材料A，导热系数为0.15 W/(m·K)；材料B，导热系数为0.25 W/(m·K)；材料C，导热系数为0.18 W/(m·K)。
通过对比不同材料的导热系数，我们可以得出结论，材料B的导热性能最好，材料A次之，材料C最差。
这与我们预期的结果相符合。
实验中可能存在的误差主要来自于试样的制备和测量过程中的温度波动等因素，为了减小误差，我们在实验过程中要严格控制试样的制备和测量条件，保证数据的准确性。
结论：通过稳态法测定导热系数的实验，我们掌握了测定方法，了解了不同材料的导热性能。
在实验过程中，我们发现材料的导热性能与其导热系数有直接关系，导热系数越大，材料的导热性能越好。
因此，在工程实践中，我们可以根据材料的导热系数选择合适的材料，以满足不同的导热要求。
通过本次实验，我们不仅掌握了测定导热系数的方法，还加深了对材料导热性能的理解，这对我们今后的学习和工作都具有重要意义。
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球体导热系数的推导过程
如图所示，内外直径分别为d1和d2的两个同心圆 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 于此球壁的导热过程，得
dt 2 dt Q F 4r dr dr
dt
t t1 t2
1 2
r1 r r2
r dr
边界条件： r = r1 r = r2
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。
实验装置
热电偶
D1 D2
稳态球体法测定粒状材料导热系数
传热学实验一
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 进行导热计算。
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。
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。
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。
1 1 Q d d 2 1 2 t1 t 2
实验结果
根据实验结果对导热系数进行分析。
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。
t=t1 t=t2
球壁导热过程
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： 2 (t1 t 2 ) Q 1 1 d1 d 2 即：
1 1 Q d d 2 1 2 t1 t 2
实验结果2=0.154米
测量 次数 1
电 压
电 流
内球温度
外球温度
mV
℃
mV
℃
λt
2
3 4
实验数据整理
由式 导热系数，将测量结果绘制在以λ为纵坐标， t 为横坐标的图上。按 t 0 bt 整理，确定 λ0、b，进一步分析试验点与λ-t曲线之间的偏差及实验 中的各项误差。
球体导热仪 散状物料 电热丝
冰瓶
分压箱
转换开关
电流表
～220V
直流稳压电源
A
电位差计
实验装置图
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； 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。
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。