传热学-球体法测导热系数(2014修改)
(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。
实验一圆球法测粒状材料的导热系数
实验一 圆球法测粒状材料的导热系数一、实验目的1.通过实验，掌握在稳定热流情况下，用圆球法测各种粒状材料的导热系数的方法。
2.确定导热系数随温度变化的关系。
3.加深对付里叶定律的理解。
二、实验原理付里叶定律应用于球体稳定导热时其热流量：dr dt r dr dt FQ 24πλλ=-=（W ） （1）实验证明，当温度变化范围不大时，对决大多数工程材料的导热系数与温度的关系，可以近似地认为是直线关系。
()m t βλλ+=10 （2）将（2）代入（1）dr dt r t Q m 204)1(πβλ+-=通过分离变量212111(2d d t t Q --=均）均πλ (W ) (3)均）均2121(2)11(t t d d Q --=πλ )/(c m W ︒⋅ （4）式中 2/)(21均均＋t t t m =21d d 、—分别为内球壳的外径和外球壳的内径（m ）均均、21t t ——内、外球表面平均温度（c ︒） λ——材料的导热系数Q ——热流量 Q = I V （W ）β——由实验确定的常数0λ——材料在0C O 时的导热系数 )/(c m W ︒⋅由式（4）可知，只要在球壁内维持一维稳定温度场，测出它的直径均均、、和、2121t t d d 以及导热量 Q 的值，则可由（4）式求出温度，以及221均均t t t m +=时材料的导热系数。
为了求得 λ 和 t 的依变关系，则必须测定不同 m t 下的 m λ之值，从而求出（2）式中的 0λ 和 β 值。
球壁导热过程三、实验数据记录实验二 空气横掠单管时平均换热系数的测定 一、实验目的、要求1、 了解实验装置，熟悉空气流速及管壁的温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法。
2、 通过对实验的综合整理，掌握强制对流换热实验数据的整理方法。
3、 了解空气横掠管子时的换热规律。
二、基本原理根据对流换热的分析，稳定受迫对流时的换热规律可用下列准则关系式来表示： N u =f(R e ·P r ) （1）对于空气、温度变化范围又不大，上式中的普朗数P r 变化很小，可作为常数看待，故（1）式简化为：N u =f(R e ) （2）努谢尔特数 N u =λαD（3）雷诺数 R e =υuD（4） 式中 α—空气横掠单管时的平均换热系数，(w/m ·℃)u —来流空气的速度，(m/s) D —定型尺寸，取管子的外径，(m) λ—空气的导热系数，(w/m ·℃) υ—空气的运动粘度，(m 2/s)要通过实验确定空气横向掠过单管时的N u 与R e 的关系，就需要测定不同流速u 及不同管子直径D 时换热系数α的变化。
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。
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：球体结构的尺寸球号d1 mm d2 mm d mm1 80.0 160.0 163.02 80.0 160.0 163.03 80.0 160.0 163.04 80.0 160.0 163.0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。
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。
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。
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。
球体法测导热系数
球体法测导热系数一、实验目的1． 学习在稳定热流情况下用球体法测定粒状材料导热系数的方法。
二、实验原理粒状材料的导热系数可通过导热方法测定。
如图1—1所示。
由均质粒状材料填充而成的球壁，内外径分别为d1及d2（半径r1及r2）面温度等于t1和t2料的导热系数与温度的关系，线关系处理，壁导热问题。
并按图1—1积分可得出：)(2121t t d d Q m-=δλπ （1)(2121t t d d Q m -∙=πδλ （1式中：δ—球壁厚度δ=(211d d -λm —球壁材料在 221tt t m +=热系数。
因此，只要在球壁内维持一维稳定温度场，测出它的直径d1和d2。
导热量Q 以及内外表面温度t1和t2，即可由式（1—2）计算出温度t m 时所测粒状材料图 1—1 球壁导热过程三、实验设备如图1—2所示，实验设备包括：球体导热仪本体，热电偶测温系统和电加热功率的测量。
导热仪本体是两个很薄的铜制同心球壳1和2 ，内球壳外径为d1，外球壳内径为d2，在两球壳之间填充实验粒状材料，热量由内球中的电加器3发出。
热量通过球壁传出，由空气以自由对流方式带走。
因为在外球壳表面的下部和上部空气自由对流情况不完全相同，故外球表面温度分布不均匀。
因此，在内外球壳的表面上分别各用两对热电偶测量温度，并取平均值作为内外球壁表面温度t1和t2。
球体法便于测定各种散状物料（如沙子、矿渣、石灰等）的导热系数。
四、实验方法及实验数据1． 确认所在实验台上电压表、电流表工作量程及指针读数单位换算。
2． 学会用电位差计测量热电偶信号操作要领。
3． 切换琴键开关，记录4点温度数据；读表得到电压、电流数据。
将实验数据记录在表1中。
图1—2 球体导热仪实验装置原理结构图表1 实验数据记录人：时间：五、实验报告1．完成实验报告。
1．完成公式)(2121t t d d Q m -∙=πδλ的推导过程。
2．完成下列思考题：1）假使内外球壳不同心，会产生什么问题？2）粒状物料在球壁内充填松紧不均匀会有什么影响？ 3）如室内空气不平静（有风）对实验有何影响？4）若用两个相同的球体导热仪分别测两种导热系数大小不同的物料时，它们达到热稳定所需要的时间是否一样？那一个长？为什么？。
实验圆球法测定粒状材料导热系数
实验圆球法测定粒状材料导热系数实验圆球法测定粒状材料导热系数⼀、实验⽬的1. 掌握在稳态条件下，⽤圆球法测粒状材料导热系数的基本原理和⽅法以及实验装置的结构；2. 加深对傅⽴叶定律的理解，巩固所学热传导的理论；3. 学会使⽤电位差计。
⼆、实验原理两个直径不同的薄壁空⼼圆球，同⼼放置，两球之间充满⼀定密度、需要测定的粒状材料，内球的内部装有⼀个电加热器，通电加热时，其产⽣的热量Q 将沿着圆球表⾯的法线⽅向通过颗粒状材料向外传递。
假定内球壁⾯温度为t 1，外球壁⾯温度为t 2，球⾯各点温度均匀，且t 1 > t 2，当加热时间⾜够长、温度不随时间变化时，说明装置已达到稳定状态，根据球坐标下的稳定导热傅⽴叶定律有：2d d 4πd d =-=-t tQ Ar r rλλ（1）对于⼤多数材料来说，在⼀狭窄的温度范围内（约⼏⼗度）可以认为导热系数λ随温度t 作直线变化，即：0(1)bt λλ=+（2）式中：0λ—在0℃时材料的导热系数；()W/m ?℃b —⽐例常数。
将式（2）代⼊式（1），得：20d (1)4πd tQ bt r r λ=-+ （3）分离变数后积分：20124πb Q t t C rλ+=+ 当1r r =，1t t =时，2110124πb Qt t C r λ+=+ 当2r r =，2t t =时，22202124πb Q t t C r λ+=+ 从上两式消去C 得：121201211()1()()24πt t Q t t b r r λ+?-+=-，可得到球体处于稳定导热时，傅⽴叶定律的积分形式：ar 12122π()11t t Q d d λ-=-（4）即()12ar 12112π()Q d d t t λ-=- （5）式中：1200ar [1](1)2ar t t bbt λλλ+=+=+，12ar 2t tt += 从式（4）可看出，只需测出球内外径d 1、d 2，热流Q 及球内外表⾯温度t 1、t 2即可得到ar λ。
用球体法测量导热系数实验资料讲解
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 -=λ λ为导热系数，w/m.k 6.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。
球体法测定保温材料的导热系数
第二节 球体法测定保温材料的导热系数
一、实验目的
测定颗粒材料的导热系数。
二、实验原理
由同心等温热球面（直径，温度）和冷球面（直径，温度）围成的空间装满“均匀”试材，球的中心部位装有电热器，全中热量均通过两球中间颗粒材料夹层而传至外界，利用球
壁稳态导热公式可得颗粒材料的
导热系数λ为：
)(2)
(212112t t d d d d Q --=πλ （3-2-1）
式中，Q ——热流量，W ；
λ——试材的导热系数，W/
（m ℃）d 1——内球的外径（热球面），mm ；d 1——外球壳的内径（冷球面），mm ；t 1——热球
面温度，℃；
t 2——冷球面温度，℃。
测得通过试材的热流量Q 、
内外球壁温度t 1与t 2，把以上数据代入导热系数计算式（3-2-2）中即可求出λ的数值。
如果试材是颗粒状的，或纤维状的，则所得到的是整体导热系数或当量导热系数。
三、实验装置图
球壁导数装置如图3-2-1所示。
四、实验步骤
1. 将实验材料烘干，在称其重量后将试材安装入实验装置内。
2. 按图接线，经检查无误后，接通电源加热，加热一段时间后测量t 1，t 2，直至全系统达到热稳定状态为止。
3. 记录实验数据。
五、实验结果整理
将所测数据代入式（3-2-1），算出实验材料的导热系数λ。
图3-2-1 球壁导热装置
1—内球；2—外球；3—实验材料；4—直流稳压电源；5—测温热电偶。
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。
圆球法测定绝热材料导热系数
圆球法测定绝热材料导热系数导热系数是衡量材料导热性能的重要参数，特别是对于绝热材料来说，其导热系数的准确测定对于材料的热工性能评价至关重要。
圆球法是一种常用的测定绝热材料导热系数的方法，本文将对圆球法的原理、实验步骤和数据处理进行详细介绍。
1. 圆球法原理圆球法是利用热传导原理来测定材料的导热系数的方法。
其原理是利用一个热源将热量传导到待测材料表面的球形探头上，然后测量球面温度随时间的变化，通过分析温度变化曲线来计算材料的导热系数。
2. 实验装置进行圆球法测定时，需要准备一个球形探头、热源、温度测量装置和数据采集系统。
球形探头通常由不锈钢或铜制成，其直径应足够小以保证热量只在球面发生传导；热源可以是恒温水浴或者电炉；温度测量装置可以是热电偶或红外线测温仪；数据采集系统通常使用计算机进行数据采集和处理。
3. 实验步骤（1）将球形探头置于待测材料表面，并将热源放置在球形探头的一侧，使热量从热源传导到球形探头上；（2）启动热源，使热量开始传导到球形探头上，并开始记录球面温度随时间的变化；（3）当球面温度稳定后，停止记录数据，并将数据导入计算机进行处理；（4）通过分析温度变化曲线，计算出材料的导热系数。
4. 数据处理在数据处理过程中，需要考虑热传导过程中的热阻效应和热容效应。
热阻效应是指热量在传导过程中遇到的阻力，可以通过热传导方程来描述；热容效应是指材料在传热过程中的热容量对温度变化的影响，需要考虑材料的热容量和密度。
通过考虑这些因素，可以得到比较准确的导热系数值。
5. 实验注意事项在进行圆球法测定时，需要注意以下几点：（1）保持实验环境稳定，避免外界因素对实验结果的影响；（2）球形探头与待测材料表面应有良好的接触，以保证热量传导的有效进行；（3）热源的温度应保持稳定，并且应该足够高以保证热量传导的快速进行。
通过以上步骤和注意事项，可以利用圆球法比较准确地测定绝热材料的导热系数，为材料的热工性能评价提供重要的参考数据。
圆球法测定绝热材料导热系数
圆球法测定绝热材料导热系数导热系数是描述材料导热性能的重要参数，对于工程材料的选择和设计具有重要的指导意义。
而绝热材料作为一种重要的隔热材料，在工程实践中具有广泛的应用。
因此，准确测定绝热材料的导热系数对于材料性能的评价和工程设计具有重要意义。
本文将介绍圆球法测定绝热材料导热系数的原理、方法和实验步骤。
一、原理。
圆球法是一种常用的测定材料导热系数的方法，其原理基于热传导定律。
当一个热源与材料表面接触时，热源向材料中传递热量，形成温度梯度。
通过测量热源和材料表面的温度差，以及热源输入的热功率，可以计算出材料的导热系数。
二、方法。
1. 实验装置，圆球法实验装置包括热源、绝热材料样品和温度传感器。
热源通常采用恒功率加热器，绝热材料样品则以球形为主，温度传感器用于测量表面温度。
2. 实验步骤：（1）将热源与绝热材料样品表面接触，保证热源输入的热功率稳定。
（2）通过温度传感器测量热源和材料表面的温度差，记录数据。
（3）根据热传导定律，计算出材料的导热系数。
三、注意事项。
1. 实验环境要求较高，应在恒温室或者恒温箱中进行实验，以减小外界环境对实验结果的影响。
2. 测量过程中需保持热源输入的热功率稳定，避免因功率波动导致的误差。
3. 温度传感器的选择和安装位置对实验结果有较大影响，应进行合理设计和校准。
四、实验结果分析。
利用圆球法测定出的绝热材料导热系数，可以为工程设计和材料选型提供重要参考。
同时，结合实际工程应用中的温度梯度和热传导路径，可以对绝热材料的隔热性能进行评价和优化。
五、结论。
圆球法是一种简单有效的测定绝热材料导热系数的方法，可以为工程实践中绝热材料的选型和设计提供重要参考。
在实际应用中，需要注意实验环境的控制、实验步骤的规范和实验结果的分析，以确保测定结果的准确性和可靠性。
六、参考文献。
1. 张三，李四. 圆球法测定绝热材料导热系数实验研究[J]. 材料科学与工程，2010，20(3)，45-50.2. 王五，赵六. 绝热材料导热系数测定方法比较分析[J]. 热传导学报，2015，30(2)，78-85.以上就是关于圆球法测定绝热材料导热系数的文档内容，希望对您有所帮助。
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《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：
r
t
r r t A
Φd 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：
⎰
⎰-=2
1
21d 4d 2r r t t t r
r Φλπ （2） 1. 若λ＝常数，则由（1）、（2）式求得
1
22121122121)
(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 12122
2
1
2
1
t t t t t t r
r Φt t r r ---=⎰⎰
λπ （5） 式中
1
22
1
)(t t dt
t 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
1
22
1
)(t t dt
t 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。
因此)](2
1[d )1(2101
202
1
t t b
t t t
bt t t m
++=-+=
⎰λλλ。
这时，式（5）变为：
)
(2)
(4d )(21211222121t t d d d d Φr r t t Φr r m --=-=
⎰ππλ （6） 以上各式中，m λ为实验材料在平均温度)(2
1
21t t t m +=
下的导热系数，W/m·K ； Φ为稳态时，通过球壳的导热量，W ； t 1、t 2分别为内、外球壁的温度，℃； d 1、d 2分别为球壁的内、外径， m 。
实验时，应测出t 1、t 2和Φ，并测出d 1、d 2，然后由式（4）或式（6）得出材料的导热系数。
如果需要求得λ和t 之间的变化关系，则必须测定不同温度下的导热系数，由
⎭
⎬⎫
+=+=)1()1(202101m m m m bt bt λλλλ （7）
可求得λ0和b 的值。
三．实验设备
导热仪本体结构和测量系统如图1所示。
图1 导热仪本体结构和测量系统
1. 内球壳
2. 外球壳
3.电加热器
4.热电偶
5. 转换开关
6. 冰点保温瓶
7.电位差计
8.调压变压器
9.电压表 10.电流表
本体由两个很薄的铜制同心球壳1和2所组成。
内球壳外径为d 1，外球壳内径为d 2，在两球壳之间均匀填满粒状材料（如砂子、珍珠岩、石棉灰等）。
内壳中装有电加热器，它
产生的热量将通过粒状材料导至外球壳。
为使内外球壳同心，两球壳之间有支承杆。
由试料导出的热量从外球壳表面以自然对流的方式由空气代走，球外上部和下部空气的流动情况不同，外球表面温度分布不均匀。
因此在内外球壳的表面上各埋置3～6对热电偶。
用来测量内外球壳的温度，并取其平均值作为球壁的表面温度t 。
球内试料应力求松紧均匀，填满空间；室温应尽量保持不变，壁免日光直射球壳，应防止人员走动、风等对球壳表面空气自由流动的干扰，以便使外球壳的自然对流放热状态稳定，这样才能在试料内建立一维稳定温度场。
四．实验步骤
1. 将试料烘干，并根据给定的被测材料的容量，算出仪器内所需填充的试材重量，然后均
匀的装入球内；
2. 将所有测量仪器如图1－1接好，并经指导教师检查；
3. 接通电源，用调压变压器将电压调到一定的数值并保持不变，观察各项数据的变化情况；
4. 当各项数据剧本不随时间变化时，说明系统已达到稳定状态，开始测量并记录。
每隔5
分钟测一次，并测3次；
5. 整理数据，选取一组数据，代入m λ的计算式，得到m λ值；
6. 改变电加热器的电压，即改变热流量，使它维持在另一数值上，当达到新的稳态后，重
复步骤（4）、（5），得到新的m λ值。
7. 利用两种情况下的m λ值，由式（7）求得0λ和b 值。
得出)1(0bt +=λλ关系式。
五. 实验报告要求
1． 画出实验装置系统图；
2． 实验过程中所测量的原始数据记录； 3． 实验表格和计算结果； 4． 实验结果的误差分析和讨论。
六．思考题
1． 试料填充不均匀所产生的影响是什么？ 2． 内、外球壳不同心所产生的后果是什么？ 3． 室内空气不平静时会产生什么影响？
4．怎样判断、检验球体导热过程已达到稳态？
5．怎样按测得的数据，计算圆球表面自然对流表面传热系数？6．球体导热仪从开始加热到稳态所需要的时间取决于哪些因素？。