实验三 准稳态法测材料的导热性能实验
4页1、实验三 准稳态法测材料的导热性能实验一、实验目的1. 测量绝热材料(不良导体)的导热系数和比热、掌握其测试原理和方法。2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。二、实验原理本实验是根据第二类边界条件,无限大平板的导热问题来设计的。设平板厚度为2,初始温度为 t0,平板两面受恒定的热流密度 qc均匀加热(见图 1) 。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布 t(x, )。导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下:2),(),(xtaxt时, 00t处, xx处, cqt方程的解为:式中: )exp()cos(2)1(63),( 0220 Fxatxt nnnc 时间,s; 平板的导热系数,w/m ; 平板的导温系数, m2/s; aac ,n=1,2,3,;n图 第 二 类 边 界 条 件 无 限 大 平 板导 热 的 物 理 模 型Fo 傅立叶准则,Fo ; 2at0 初始温度,; 沿 x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度,w/m 2。cq随着时间 的延长, F0数变大,上式中级数和项愈小。当 F00.5 时,级数和项变得很小,可以忽略,上式变成:(1)201(,)()6cqatxtxt由
2、此可见,当 F00.5 后,平板各处温度和时间成线性关系,温度随时间变化的速率是常数,并且到处相同。这种状态称为准稳态。在准稳态时,平板中心面 x=0 处的温度为:(2)021(,)()6cqatt平板加热面 x= 处为:(3)3(),(20ttc此两面的温差为: cqtt1),(,如已知 qc和 ,再测出 t ,就可以由式(3)求出导热系数:(4)tqc2实际上,无限大平板是无法实现的,实验总是用有限尺寸的试件。一般可认为,试件的横向尺寸为厚度的 6 倍以上时,两侧散热试件中心的温度影响可以忽略不计。试件两端面中心处的温度差就等于无限大平板两端面的温度差。根据势平衡原理,在准态时,有下列关系: dtCFqc式中: F 试件的横截面积,m 2;C 为试件的比热,J/kg; 为试件的密度(kg/m 3); 为准稳态时的温升速率(/s)。dt由上式可得比热: dtqcc实验时, 以试件中心处为准。dt三、实 验 设 备按上述理论及物理模型设计的实验装置如图 2 所示。绝 热 层试 件 1试 件 2试 件 3试 件 4绝 热 层 加 热 器加 热 器热 电 偶热 电 偶 可 调节 稳压 电源
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