颗粒状材料导热系数测定
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Ew1 (t w1 0) E1 (t w1 t f ) E f (t f 0) 6.167 1.11 7.277 Ew 2 (t w 2 0) E2 (t w 2 t f ) E f (t f 0) 1.61 1.04 2.65
3.从热电偶分度表中查取所对应温度 t t 182 69.4 t m w1 w 2 125.7℃ 2 2
t w1
、
tw2
，分别为
182C
和
69.4C
m
（D2 D1 ） 8 （0.16 - 0.08） 0.0707 W （ / m K） 2D1 D2 (t w1 t w 2 ) 2 0.08 0.16 （182 - 69.4）
h
8 2.0986 W （ / m 2 K） 2 2 A t D2 (t 2 t f ) 0.16（69.4 22）
六、问题讨论 （1）球体导热仪从开始加热到热稳定状态所需要的时间取决于哪些因素？ （2）怎样判断、检验球体导热过程已达到稳定状态？ （3） 粒状材料的导热系数与温度有何关系？与密度、 湿度又有怎样的关系？ 答： （1）取决于球体加热电流，球壁热电动势，室温（室内空气流动状 况）以及球体内部填充材料。 （2）检验球体达到稳态的标志是各对热电偶的电位差计读数不再随时 间变化。 （3）温度对各类材料的导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数 上升。绝大多数的材料都具有多孔结构，容易吸湿，材料吸湿受潮后，其导热系 数增大。密度是材料气孔率的直接反应，一般情况下，增大气孔率或减少密度都 将导致导热系数的下降，但对于表现密度很小的材料，特别是纤维状材料，当其 表观密度低于某一极限值时，导热系数反而会增大。
系别：动力工程系 班级：建环本 1422 班
专业：建筑环境与能源应用工程 姓名：文丽 学号：1442102229
颗粒状材料导热系数测定
一、实验目的 （1） 学习用球体法测颗粒状材料 （如膨胀珍珠岩、 干黄沙等） 的导热系数 ， 并确定颗粒状材料的导热系数和温度之间的近似关系 0 (1 bt ) 。 （2）利用牛顿冷却公式计算球体外表面和空气之间的对流换热系数 h 。 二、实验原理 球体法测材料的导热系数是基于等厚度球壁 的一维稳态导热过程。如图 1 所示内外径分别为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D1 和 D2 （半径为 r1 和 r2 ）的同心单层球壁。设球
壁的内外表面分别维持均匀恒定的温度 t w1 、 t w 2 ， 且 t w1 t w 2 。将傅里叶导热定律应用于此球壁的导 热过程，得
A dt dt 4r 2 dr dr
边界条件： r r1 , t t w1；r r2 , t t w 2 。 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， 带入边界条件对上式积分可得通过整个球壁的热 流量
（1）连接好除电位计以外的其他仪器，检查调压器输出电压是否在零位。 （2）连通电源，调整调压器，使各实验台的球体加热电流不同，最大电流 不超过 0.25A，其余依次递减 。预热越 4h 以上，至内外球壁温度稳定。 （3）把电位差计接入测量回路，注意其正负极，并对电位差计进行调零。 （4）读出电流、电压，并通过切换开关，从电位差计读出内外球壁各测点 热电动势 E1 和 E2 （单位 mV） ，计入数据记录表中。 （5）用水银温度计测定远离球体 1m 处的空气温度 t f （等于室温 t a ） 。 （6）测试完毕，把万用表关闭放回原处，电位差计的倍率开关关断。 （7）全部实验结束后，经指导老师同意，把调压器调至零位，关断实验台 上电源开关。 五、实验数据记录与处理 （1）常规数据记录 室温 t0 22.5℃， D1 80mm， D2 160mm （2）实验数据记录及计算 导热实验数据记录
W （ / m
2
K）
三、实验装置及其规范
圆球导热仪本体结构和测量系统 1. 内球壳 5. 转换开关 9. 电压表 2. 外球壳 6. 0℃冰瓶 10. 电流表 3. 电加热器 7. 电位差计 4. 测量端 8. 电源
规范： （1）不许擅自调整调压器，不许转换电流表的量程档，更不许随意关 断电源。 （2）如果用万用表代替电压表测量电压，选用万用表的直流电压档。 （3）电位差计接入测量回路时，切记正负极不能接反。 （4）热电偶温度计的参考端裸露在室温下。 （5）实验过程中，不许任意挪动仪器。 （6）球体在实验期间必须远离热源，室温应尽量保持不变，避免日光直射 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 自然对流状态稳定，这样才能在试料内建立一维稳态温度场。 四、实验步骤
U I E11
内球壳 E1 （mV）
E12 E13
内球壳
t w（℃） 1 E21
外球壳 E2 （mV）
E22 E23
外球壳 平均 1.61
t w 2（℃）
（V） （A） （W） 40 0.20 8.0
平均 6.16 7
6.17 6.17 6.16
182
1.61
1.61
1.61
69.4
1.从热电偶分度表中查取 t f 所对应的热电势 E f (t f 0) ，分别为 1.11mV 和 1.04mV 2.冷端补偿后内外球壳表面温度所对应的热电势分别为
2m D1 D2 (t w1 t w 2 ) D2 D1
（W）
或写成 m
（D2 D1 ） 2D1 D2 (t w1 t w 2 )
W （ / m K）
图 1 单层球壁的导热
式 中 ： m 即 所 测 材料 在 t w1 ~ t w 2 温度 范围内 的 平均热 导 系 数， 即 平 均温 度
t w 2 、球壁导热量 （由球内加热器产生，等于加热器功率） ，以及
球壁的几何尺寸 D1 和 D2 ，然后代入上式得出 t m 时材料的导热系数 m 。
把相关实验数据代入下式， 可求得球壳外表面和空气之间的对流换热系数 h ， 即
h 2 A t D2 (t 2 t f )
3.从热电偶分度表中查取所对应温度 t t 182 69.4 t m w1 w 2 125.7℃ 2 2
t w1
、
tw2
，分别为
182C
和
69.4C
m
（D2 D1 ） 8 （0.16 - 0.08） 0.0707 W （ / m K） 2D1 D2 (t w1 t w 2 ) 2 0.08 0.16 （182 - 69.4）
h
8 2.0986 W （ / m 2 K） 2 2 A t D2 (t 2 t f ) 0.16（69.4 22）
六、问题讨论 （1）球体导热仪从开始加热到热稳定状态所需要的时间取决于哪些因素？ （2）怎样判断、检验球体导热过程已达到稳定状态？ （3） 粒状材料的导热系数与温度有何关系？与密度、 湿度又有怎样的关系？ 答： （1）取决于球体加热电流，球壁热电动势，室温（室内空气流动状 况）以及球体内部填充材料。 （2）检验球体达到稳态的标志是各对热电偶的电位差计读数不再随时 间变化。 （3）温度对各类材料的导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数 上升。绝大多数的材料都具有多孔结构，容易吸湿，材料吸湿受潮后，其导热系 数增大。密度是材料气孔率的直接反应，一般情况下，增大气孔率或减少密度都 将导致导热系数的下降，但对于表现密度很小的材料，特别是纤维状材料，当其 表观密度低于某一极限值时，导热系数反而会增大。
系别：动力工程系 班级：建环本 1422 班
专业：建筑环境与能源应用工程 姓名：文丽 学号：1442102229
颗粒状材料导热系数测定
一、实验目的 （1） 学习用球体法测颗粒状材料 （如膨胀珍珠岩、 干黄沙等） 的导热系数 ， 并确定颗粒状材料的导热系数和温度之间的近似关系 0 (1 bt ) 。 （2）利用牛顿冷却公式计算球体外表面和空气之间的对流换热系数 h 。 二、实验原理 球体法测材料的导热系数是基于等厚度球壁 的一维稳态导热过程。如图 1 所示内外径分别为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D1 和 D2 （半径为 r1 和 r2 ）的同心单层球壁。设球
壁的内外表面分别维持均匀恒定的温度 t w1 、 t w 2 ， 且 t w1 t w 2 。将傅里叶导热定律应用于此球壁的导 热过程，得
A dt dt 4r 2 dr dr
边界条件： r r1 , t t w1；r r2 , t t w 2 。 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， 带入边界条件对上式积分可得通过整个球壁的热 流量
（1）连接好除电位计以外的其他仪器，检查调压器输出电压是否在零位。 （2）连通电源，调整调压器，使各实验台的球体加热电流不同，最大电流 不超过 0.25A，其余依次递减 。预热越 4h 以上，至内外球壁温度稳定。 （3）把电位差计接入测量回路，注意其正负极，并对电位差计进行调零。 （4）读出电流、电压，并通过切换开关，从电位差计读出内外球壁各测点 热电动势 E1 和 E2 （单位 mV） ，计入数据记录表中。 （5）用水银温度计测定远离球体 1m 处的空气温度 t f （等于室温 t a ） 。 （6）测试完毕，把万用表关闭放回原处，电位差计的倍率开关关断。 （7）全部实验结束后，经指导老师同意，把调压器调至零位，关断实验台 上电源开关。 五、实验数据记录与处理 （1）常规数据记录 室温 t0 22.5℃， D1 80mm， D2 160mm （2）实验数据记录及计算 导热实验数据记录
W （ / m
2
K）
三、实验装置及其规范
圆球导热仪本体结构和测量系统 1. 内球壳 5. 转换开关 9. 电压表 2. 外球壳 6. 0℃冰瓶 10. 电流表 3. 电加热器 7. 电位差计 4. 测量端 8. 电源
规范： （1）不许擅自调整调压器，不许转换电流表的量程档，更不许随意关 断电源。 （2）如果用万用表代替电压表测量电压，选用万用表的直流电压档。 （3）电位差计接入测量回路时，切记正负极不能接反。 （4）热电偶温度计的参考端裸露在室温下。 （5）实验过程中，不许任意挪动仪器。 （6）球体在实验期间必须远离热源，室温应尽量保持不变，避免日光直射 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 自然对流状态稳定，这样才能在试料内建立一维稳态温度场。 四、实验步骤
U I E11
内球壳 E1 （mV）
E12 E13
内球壳
t w（℃） 1 E21
外球壳 E2 （mV）
E22 E23
外球壳 平均 1.61
t w 2（℃）
（V） （A） （W） 40 0.20 8.0
平均 6.16 7
6.17 6.17 6.16
182
1.61
1.61
1.61
69.4
1.从热电偶分度表中查取 t f 所对应的热电势 E f (t f 0) ，分别为 1.11mV 和 1.04mV 2.冷端补偿后内外球壳表面温度所对应的热电势分别为
2m D1 D2 (t w1 t w 2 ) D2 D1
（W）
或写成 m
（D2 D1 ） 2D1 D2 (t w1 t w 2 )
W （ / m K）
图 1 单层球壁的导热
式 中 ： m 即 所 测 材料 在 t w1 ~ t w 2 温度 范围内 的 平均热 导 系 数， 即 平 均温 度
t w 2 、球壁导热量 （由球内加热器产生，等于加热器功率） ，以及
球壁的几何尺寸 D1 和 D2 ，然后代入上式得出 t m 时材料的导热系数 m 。
把相关实验数据代入下式， 可求得球壳外表面和空气之间的对流换热系数 h ， 即
h 2 A t D2 (t 2 t f )