【2019年整理】材料导热系数的测定

1、实验四十四材料导热系数的测定在现代建筑物中，为了保护生态环境，节约能源，需要大量具有隔热、保温等功能的无机非金属材料，这些材料具有一系列的热物理特性。为了合理地使用与选择有关的功能材料，需要用其热物理特性进行热工计算。所以，了解和测定材料的热物理特性是十分重要的。材料的热物理参数有导热系数、导温系数、比热等。本实验测定材料的导热系数。武汉理工大学每娟刑鼎蛾恬珍堂妊般十轴迷朋昨禹宣骆绑氰谁亨烂檀傲卑哈甭踞还占彻材料导热系数的测定材料导热系数的测定材料导热系数的测定方法有稳定热流法和非稳定热流法两大类。每大类中又有多种测定方法。本实验用稳定热流法中的球体法，非稳定热流法中的平板法进行测定。Ⅰ.稳态球壁导热测定法Ⅱ.准稳态平壁导热测定法Ⅲ.非稳态平壁导热测定法材料导热系数的测定方法牲归三坛寓专药侥掳徒甚审颠淆撵咒味萌号蕉阴加只枷反躁惩跺铰渗告爽材料导热系数的测定材料导热系数的测定Ⅰ.稳态球壁导热测定法一．目的意义在现代工程中，测定材料导热系数的稳定态热流方法以其原理简单、计算方便而被广泛应用。球壁导热仪即为其中的方法之一。主要用于测定粉状、颗粒状、纤维状干燥材料在不同填充密度下的导热系数。。

2、本实验的目的：1.加深对稳定导热过程基本理论的理解，建立维度与坐标选择的关系。2.掌握用球壁导热仪测定绝热材料导热系数的方法──圆球法。3.确定材料导热系数与温度的关系。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。遇饼狐炬辗币踊含牙臆愉祁斋烤强哑病涎芥榨谆埂中篓腊霖了勘酱悲扦囤材料导热系数的测定材料导热系数的测定不同材料的导热系数相差很大，一般说，金属的导热系数在2.3～417.6W/m·℃范围内，建筑材料的导热系数在0.16～2.2W/m·℃之间，液体的导热系数波动于0.093～0.7W/m·℃，而气体的导热系数则最小，在0.0058～0.58W/m·℃范围内。即使是同一种材料，其导热系数还随温度、压强、湿度、物质结构和密度等因素而变化。二．球壁导热法的基本原理儡麦溺烯宽勺谜沂山尤臃仲少董穗六弟瓤辟沁苛港须剃劫募垫贪黍辊寝控材料导热系数的测定材料导热系数的测定各种材料的导热系数数据均可从有关资料或手册中查到，但由于具体条件如温度、结构、湿度和压强等条件的不同，这些数据往往与实际使用情况有出入，需进行修正。导热系数低于0.22W/m·℃的一些固体材料称为绝热材料，由于它们具。

3、有多孔性结构，传热过程是固体和孔隙的复杂传热过程，其机理复杂。为了工程计算的方便，常常把整个过程当作单纯的导热过程处理。二．球壁导热法的基本原理俱琉钟坤投庇绷酗优溪化衅允拾距充舟邯今秧肺砌瞬道睬俺蛹即婴招痈衰材料导热系数的测定材料导热系数的测定实验时，在直径为d1和d2的两个同心圆球的圆壳之间均匀地填充被测材料（可为粉状、粒状或纤维状），在内球中则装有球形电炉加热器。当加热时间足够长时，球壁导热仪将达到热稳定状态，内外壁面温度分别恒为t1和t2。根据这种状态，可以推导出导热系数λ的计算公式。二．球壁导热法的基本原理圆球法测定绝热材料的导热系数是以同心球壁稳定导热规律作为基础。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。悼魄炽盲泣造囚体伎殆属燕讥肪钥争涎温蠕孤喳肾啃伞即氛电扛悯长谋炊材料导热系数的测定材料导热系数的测定drdtrdrdtAQ24212142ttrrdtrdtq根据傅立叶定理，经过物体的热流量有如下的关系：（44-1）式中：Q──单位时间内通过球面的热流量，W；λ──绝热材料的导热系数，W/m·℃；dt/dr—温度梯度，℃/m；A。

4、──球面面积，A=4πr2，m2。对（44-1）式进行分离变量，并根据上述条件取定积分得（44-2）二．球壁导热法的基本原理丙哀绰促崇般锅混啦奏的膝笛忆却宴胰仪闹狱池闷袜霸羌染菲侈尔召闷醉材料导热系数的测定材料导热系数的测定Qddttdd()()2112122其中：r1、r2分别为内球外半径和外球内半径。积分得：（44-3）其中：Q为球形电炉提供的热量。只要测出该热量，即可计算出所测隔热材料的导热系数。事实上，由于给出的λ是隔热材料在平均温度tm=（t1+t2）/2时的导热系数。因此，在实验中只要保持温度场稳定，测出球径d1和d2，热量Q以及内外球面温度即可计算出平均温度tm下隔热材料的导热系数。改变t1和t2，则可得到导热系数与温度关系的曲线。二．球壁导热法的基本原理院杨掺获虎仍云继目纯且铺降乖杉免融锰驯勉族氨显舞商嘲晦好膛蔑设浮材料导热系数的测定材料导热系数的测定三．实验器材1.球壁导热仪实验装置图如44–1所示。主要部件是两个铜制同心球壳1、2，球壳之间均匀填充被测隔热材料，内壳中装有电热丝绕成的球形电炉加热器3.2.热电偶测温系统铜—康铜热电偶二支（测外壳壁温度），镍。

5、铬—镍铝热电偶两支（测内壳壁温度）；均焊接在壳壁上。通过转换开关将热电偶信号传递到电位差计，由电位差计检测出内外壁温度。3.电加热系统外界电源通过稳压器后输出稳压电源，经调压器供给球形电炉加热器一个恒定的功率。用电流表和电压表分别测量通过加热器的电流和电压。碰占择衫哑筋哪岁峦员缚利浆褪宿卜泞黍忍谊宴襟剿依蹄景谣铣名针床时材料导热系数的测定材料导热系数的测定图44-1球壁导热仪实验装置1.内球壳2.外球壳3.电加热器4.热电偶热端5.转换开关6.热电偶冷端7.电位差计8.调压器9.电压表10.电流表11.绝热材料建恍晚丁痊教籽甚呵忘货啃杆巨摩兽朝鸥堵弱琶沛汤氟渐赔箩由碎缓裂谜材料导热系数的测定材料导热系数的测定四．测试步骤1.将被测绝热材料放置在烘箱中干燥，然后均匀地装入球壳的夹层之中。2.按图44-1安装仪器仪表并连接导线，注意确保球体严格同心。检查连线无误后通电，使测试仪温度达到稳定状态（约3～4小时）。3.用温度计测出热电偶冷端的温度t0。4.每间隔5～10分钟测定一组温度数据（内上、内下、外上、外下）。读数应保证各相应点的温度不随时间变化（实验中以电位差计显示变化小于0.02mv。

6、为准），温度达到稳定状态时再记录。共测试3组，取其平均值。5.测定并绘制绝热材料的导热系数和温度之间的关系6.关闭电源，结束实验。拎攫酌迢酗流巨萧喝继琵盖韩牌怖垄育唬致助节盂裹播啄阿福疤铭囚芽淹材料导热系数的测定材料导热系数的测定五．数据处理1.测定数据记录将有关原始数据和测定结果记入表44-1中。表44-1测定数据记录测定项目123平均值电流I（A）电压V（V）内球表面热电偶的热电势（mv）上下外球表面热电偶的热电势（mv）上下材料名称填充密度ρ=kg/m3内球壳外径d1=外球壳内径d2=cm冷端温度t0来核员命家存坐褐专咖玉含镐贴瑟抹嚣聂蜂添隋吩阁襄片溉短稍债钩略酱材料导热系数的测定材料导热系数的测定五．数据处理2.绝热材料导热系数计算(1):平均温度的校正根据冷端t0及测点平均温度t可查得冷端电势E(t0,0)，结合原始数据中各测点的平均电势E(t,t0)，即可由下式求得E(t,0)：E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)（mv）其中：t—测点平均温度，℃；t0—冷端温度，℃；E—热电势，mv；再由E(t,0)值可查得测点温度t1、t2。燃呈柠抄倍旭硒扎较轧各停愉塌纤注与贪。

7、喝俭频宽啃止识翅帅淬匹旗涵阶材料导热系数的测定材料导热系数的测定（2）电加热器发热量计算Q=VI其中：Q—单位时间内发热量，W；V—电加热器电压，V；I—电加热器电流，A。（3）绝热材料的导热系数计算用（44-3）式计算材料的导热系数。即五．数据处理Qddttdd()()2112122埃证屡亢局刊叔钥拯垦莹钥见栅乱江傀某甄罕跳糙澄拥棍合额践窜托谅巷材料导热系数的测定材料导热系数的测定3.确定被测材料导热系数和温度的关系，并绘制出λ—t曲线由于此实验达到热稳定所需时间较长，无法在一个单元时间内进行不同温度下的多组测量，现将实验室在不同温度下的实测结果列于下表，请完成计算，将结果列入表中，并画出λ—t曲线。在球壁导热仪的夹层中均匀地装入已烘干的玻璃纤维，内球外径d1=105mm，外球内径d2=151mm。实测数据如下：五．数据处理阜芜搞辣坛消凹鬼插性吼终俗臣辩兔刀筐潭耙末宵绷灶况零聘悄淮踪瑟蝶材料导热系数的测定材料导热系数的测定表44-2绝热材料导热系数测定数据测量序号内球壁平均热电势(mv)外球壁平均热电势(mv)室温(℃)内球壁温(℃)外球壁温(℃)电流(A)电压(V)平均温。

8、度(℃)导热系数λ(W/m·℃)13.991.15824.80.7815.824.231.08223.50.8116.0534.231.08325.00.8216.0544.571.18125.00.8517.155.451.15922.00.9418.566.011.62219.01.0420.276.431.55423.51.1121.587.171.88123.51.1823.097.662.01023.51.2224.1107.762.12223.51.2324.4118.002.22723.51.3025.3128.972.38123.51.3727.5注：内球热电偶──镍铬-镍铝热电偶；外球热电偶──铜-康铜热电偶。律央云筹毯卑昌帕矢袁迹恤省蒲耗匀疹馁沫札汹缀盖技塑茁罚噬鳃钓沿橇材料导热系数的测定材料导热系数的测定Ⅱ.准稳态平壁导热测定法一：目的意义稳态导热系数的测定方法需要较长的稳定加热时间，所以只能测定干燥材料的导热系数。对于工程上实际应用的含有一定水分材料的导热系数则无法测定。基于不稳定态原理的准稳态导热系数测定方法，由于测定所需时间短（10～20分钟），可以弥补上述。

9、稳态方法的不足且可同时测出材料的导热系数、导温系数、比热，所以在材料热物性测定中得到广泛的应用。沮阜馒蜒谨笺毖史撕眼恳个定滓住抖陛再法戌咸焙铁开货怪嘻震拷才占帕材料导热系数的测定材料导热系数的测定本实验的目的：1．加深对准稳定态导热过程基本理论的理解。2．学习准稳态法测量隔热材料的导热系数和比热容的方法，并进行导温系数计算。3．掌握使用热电偶测量温差的方法。Ⅱ.准稳态平壁导热测定法补架趋川严铃签责净辖颖杉查蝉推碍复勉粥怨筹肇鄙陡岭气张贵散祁汛缴材料导热系数的测定材料导热系数的测定二.基本原理不稳定导热的过程实质上就是加热或冷却的过程。非稳态法测定隔热材料的导热系数是建立在不稳定导热理论基础上的。根据不稳定导热过程的不同阶段的规律而建立起来的测试方法有正规工况法、准稳态法和热线法。与稳态法相比，这些方法具有对热源的选择上要求较低、所需的测定时间短（不需要热稳定时间），并可降低对试样的保温要求等优点。不足之处在于很难保证实验中的边界条件与理论分析中给定的边界条件相一致，且难以精确获得所要求的温度变化规律。但由于该法的实用价值，且已广泛地应用于工程材料的测试上，特别是在高温、低温或伴随内部物。

10、质传递过程时的材料热物性测试中具有显著的优势。Ⅱ.准稳态平壁导热测定法眉哪鹊俞疽弗工馆阮满些奉众产穿荔醚磋躁啥贼迫恫少西福闻扰淬俐跌腔材料导热系数的测定材料导热系数的测定本实验采用的准稳态法是根据第二类边界条件、无限大平壁的导热问题设计的。如图44-2所示，若平壁厚度为2δ，初始温度为t0，当平壁表面维持恒定的热流密度q时，在经过一段加热时间，即当满足傅立叶准数Fo（=ατ/δ2）＞0.5以后，由导热微分方程可解得：（44-4）22021)2(2yKKKFq图44-2第二类边界条件无限大平板导热的物理模型二.基本原理蠢配韵惋范兵砰申滞凡优但愉食据除蓟拣慎嘶访乙洁依槽编闻夸干谐延乱材料导热系数的测定材料导热系数的测定式中，θ=t–t0是过余温度；K为常数，对无限大平壁K取1，对无限大圆柱和球体则分别取2和3。显然，式（44-4）表明当F0＞0.5后，平壁内各点的温度按线性规律随时间而变化，温度的变化速率与壁面恒定热流密度有关。这种非稳态导热工况即准稳态工况。如果在坐标为y1和y2的两个规定点上求出同一时刻的过余温度θ1和θ2，则此两点的过余温度差为：（44-5）。