正规状况法测定材料的导温系数yym

实验报告课程名称：过程工程原理实验（甲）I指导老师：叶向群成绩：________________实验名称：正规状况法测定材料的导温系数实验类型：操作型同组学生姓名_____一、实验目的和要求二、实验装置三、实验基本原理四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析七、讨论、心得一、实验目的和要求1、掌握正规状况法测定材料导温系数的原理和方法。2、了解热电偶的测温原理，正确使用平衡记录仪。二、实验装置如图，被测元件是由尼龙制成的短圆柱体，有Φ40×40、Φ40×80、Φ40×120三种规格。温度由铜-康铜热电偶来测定，冷端在圆柱体形体中心，热端在恒温浴中，热电势通过平衡记录仪记录，这样记录仪上指示值对应于过热温度。在测量范围内，热电势E（mV）与温度T可近似认为是线性关系，取0.043mV/℃。三、实验基本原理半径R长2b的圆柱体初始温度0T均匀分布，突然将它浸入内有强烈搅拌且温度为T（0TT）的水浴中，考察柱体内各点温度的变化规律。专业：化学工程与工艺姓名：杨炎明学号：3110103776日期：2013.10.20地点：教十3203这是第三类边界条件下的二维不稳定导热问题，其温度解可以分解成半径为R的无限长圆柱和厚度为2b的无限大平板这两个一维不稳定导热解的组合，即：(,,)[(,)][(,)]cprxrx（1）式中0()/()TTTT，为无因次过余温度。下标c、p分别代表无限长圆柱和有限厚的无限大平板，其温度分布(,)r、(,)x具有如下相同的形式：102)exp(nsssFUA（2）其中对于无限长圆柱：20/FaR（3）)]()([)(221201sssssJJJA（4）)/(0RrJUss（5）)()(10ssisJJB（6）对无限长平板：20/baF（7）sssssAcossinsin2（8）)/cos(bxUss（9）sisBctg（10）式中：F0——傅立叶数a——导热系数J0、J1——0阶、1阶Bessel函数Bi——毕渥数（=导热热阻/对流热阻）——时间，siB表示导热热阻占主导地位，对流热阻可以忽略，这样第三类边界条件就转化为第一类边界条件。从式（6），（10）可得s的前四个解分别为：圆柱2.4055.5208.65311.792平板π/23π/25π/27π/2当时间τ达到一定值后，3.00F，略去式（2）中第一项以后各项所带来的误差不大于1%，我们称这个阶段为不稳定导热的正规状况。对于形体中心点（R=0，x=0），从式（1）、（2）得：)(mCepx（11）abRm])2()405.2[(22（12）C为常数。对式（11）两边去对数得')ln(CmTT（13）可见ln()~TT是直线关系，由斜率m值可以求得材料的导温系数a。四、操作方法和实验步骤1、按通加热电源，开启搅拌浆。调节继电器来控制恒温水浴温度，预热记录仪。2、待温度计示数稳定时，开启记录仪。等基线中走直后记录下温度计读数。然后将被测元件迅速放入恒温水浴中（注意不要拉热电偶的连接线，不得用力过猛，以免损坏细小的热电偶导线），同时用记录仪记录E（mV）～τ关系，直至E（mV）读数很小，趋于稳定。同时记录下此时的走纸速度及记录仪的量程。3、实验结束后关闭恒温水浴系统及记录仪。五、实验数据记录和处理试件:尼龙柱Φ40×80mm水温45.3℃走纸速度:600mm/hr按记录纸上时间坐标每一格取一点，则时间间隔为3600/60＝60s记录纸上电压坐标每一小格为5/100＝0.05mV记录仪量程：10*0.5mV△E=0.043△T表1材料导温系数测定数据处理表τ/sE/mV（T∞-T）/℃ln（T∞-T）τ/sE/mV（T∞-T）/℃ln（T∞-T）00.9421.860465123.0852760.214.883720931.586360.5212.093023262.4933360.1553.6046511631.282960.4159.6511627912.2673960.122.7906976741.0261560.347.9069767442.0684560.081.8604651160.6212160.266.0465116281.7995160.0451.0465116280.045ln(T∞-T)~τ关系图如上所示六、实验结果与分析如上图关系斜率为-0.0051，R2=0.9738.可解得：m=0.0051由abRm])2()405.2[(22，又有R=0.02m,b=0.04m,计算得：a=4.25*10-7错误!未找到引用源。/s误差分析1.针头在走的过程中有跳动，有时笔尖会卡住，走纸不流畅，从而引进误差；2.材料在放入水的过程中不可能做到一瞬间全浸没，对得到的曲线趋势没有影响，但对大小有影响；3.水槽内搅拌不彻底，水温不均匀，而且在实验过程中恒温槽温度有一定的波动，使得温度有误差；4.仪器自身的误差。5.数据处理时，点的选取会影响到数据的处理结果，由于选点是数据处理有估计性质，会引入误差；6.在实验过程中，由于人为原因，触碰到记录笔，使得记录出现误差等。七、讨论、心得思考题1、本实验条件下，若不测定T∞可以得到导温系数a么？答：可以。导温系数a只与温差有关，本次实验中，热电偶热端与冷端温度相减后，可以消去T∞，所需的温差即可由热电偶测出。2、怎样判断被测元件初温分布均匀？答：将平衡记录仪接在元件上，一段时间后，若基线走平怎表示初始温度分布均匀，还可以进一步将热电偶反接，若仍是一条直线，可以验证温度分布均匀。3、若热电偶冷端不在形体中心，对本实验结果有何影响？答：实验原理的计算方程式（11）（12）是根据形体中心得出的，若实验时冷端不在中心，则所测数据存在误差。但若对计算的公式进行修正，仍可以得到准确值。体会：通过本次实验，让我明白了正规状况法测定材料的导温系数，把理论课上学到的理论推导在实验中进行了操作和验证，使得理论知识印象更加深刻。通过实验，还学会了如何利用简单的间接方法来代替测量中复杂难测的方法来测量一些实验的必须量。