實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

1.鞏固和深化穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程的基本理論，學(xué)習(xí)用平板法測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法和技能。
2.測(cè)定試驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
3.確定試驗(yàn)材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。

二 .實(shí)驗(yàn)原理

導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。
對(duì)于不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是不同的；對(duì)同一材料，導(dǎo)熱系數(shù)還會(huì)隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和重度等因素而變異。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)都用試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定，如果要分別考慮因素的影響，就需要針對(duì)各種因素加以試驗(yàn)，往往不能只在一種試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行。
穩(wěn)態(tài)平板法是一種應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的基本原理來(lái)測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，以用來(lái)進(jìn)行導(dǎo)熱可系數(shù)的測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。試驗(yàn)設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過(guò)平板的導(dǎo)熱量Q和平板兩面的溫差t成正比，和平板的厚度δ成正比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)λ成正比的關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)的。我們知道，通過(guò)薄壁平板（壁厚小于十分之一壁長(zhǎng)和壁寬）的穩(wěn)定導(dǎo)熱量為
 測(cè)定時(shí)，如果將平板兩面的溫差、平板厚度 δ 、垂直熱流方向的導(dǎo)熱面積 F 和通過(guò)平板的熱流量Q測(cè)定以后，就可以根據(jù)下式得出導(dǎo)熱系數(shù)：
 
需要指出，上式所得的導(dǎo)熱系數(shù)是在當(dāng)時(shí)的平均溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，此平均溫度為：
 
在不同的溫度和溫差條件下測(cè)出相應(yīng)的 λ 值，然后將 λ 值標(biāo)在坐標(biāo)圖內(nèi)，可以得出的關(guān)系曲線。

三 .實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量?jī)x表

被試驗(yàn)材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積為200×200[mm²]，實(shí)際導(dǎo)熱計(jì)算面積F為180×180[mm²]，板的厚度為δ（實(shí)測(cè)）20[mm²]，平板試件分別被夾緊在加熱器的上、下熱面和上、下水套的冷面之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下試件熱面的加熱，上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過(guò)循環(huán)冷卻水（或通過(guò)自來(lái)水）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而在中間180×180[mm²]部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能夠全部單向通過(guò)上下兩個(gè)試件，并通過(guò)水套的冷水帶走，在主加熱器四周（即180×180[mm²]之外的四側(cè)）設(shè)有四個(gè)輔助加熱器，測(cè)試時(shí)控制使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度t1(或t3)和水套冷面的中心溫度t2(或t4)用四個(gè)K型熱電偶埋設(shè)在銅板上來(lái)測(cè)量：輔助加熱器上下熱面也分別設(shè)置兩個(gè)輔助K型熱電偶t5和t6（埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上）。其中輔助熱電偶t5(或t6)接到溫度巡檢儀上，與主加熱器中心的主熱電偶t1（或t3）的溫度相比較，通過(guò)跟蹤調(diào)節(jié)使全部輔助加熱器都跟蹤與主加熱器的溫度相一致。而在試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，可以通過(guò)熱電偶t1(或t3)和熱電偶t2(或t4)測(cè)量出一個(gè)試件的兩個(gè)表面的中心溫度。也可以再測(cè)量一個(gè)輔助熱電偶的溫度，以便與主熱電偶的溫度相比較，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況。溫度是利用萬(wàn)能信號(hào)輸入8路巡檢儀測(cè)量的，主加熱器的電功率可以用直流穩(wěn)壓電源的電壓表和電流表來(lái)測(cè)量。
   Q=IU      （ W）  
 
圖 1 試驗(yàn)臺(tái)（平板導(dǎo)熱儀）結(jié)構(gòu)示意圖  

[附 ]試驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)

1.試驗(yàn)材料：聚氯乙烯
2.試件外型尺寸：200×200[mm²]
3.導(dǎo)熱計(jì)算面積F：180×180[mm²]（即主加熱器的面積）
4.試件厚度δ：（實(shí)測(cè)）20mm
5.主加熱器電阻值：100Ω
6.輔加熱器電阻值：4×25Ω
7.熱電偶：K型
8.試件最高加熱溫度：≤ 80 ^°C
9.主加熱器電壓直流0—60V，電流0—5A（可調(diào)）
10.輔助加熱器電壓直流0—60V，電流0—5A（可調(diào)）

四 .實(shí)驗(yàn)方法和步驟

1. 將兩個(gè)平板試件仔細(xì)地安裝在加熱器的上下面，試件表面應(yīng)與銅板嚴(yán)密接觸，不應(yīng)有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應(yīng)在上面加壓一定的重物，或用壓緊裝置壓緊，以使它們都能緊密接觸。
2. 聯(lián)接和仔細(xì)檢查各接線電路。關(guān)閉主、輔加熱電源開(kāi)關(guān)及水泵開(kāi)關(guān)打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)。并檢查各熱電阻信號(hào)（溫度）是否正常（基本一致）。
3. 打開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)，檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，調(diào)節(jié)水閥門(mén)開(kāi)度應(yīng)盡量一致。
4.接通主加熱器電源，并調(diào)節(jié)到合適的電壓（建議由低至高間隔5V或10V逐漸分段加熱），開(kāi)始加溫，然后開(kāi)啟輔助加熱電源使加溫電壓與主加熱器電壓接近，一段時(shí)間后，觀察輔助加熱面的溫度是否與主加熱面的溫度一致，然后適當(dāng)調(diào)整輔助加熱器的電壓（高則降低、低則增加來(lái)跟蹤調(diào)整使主、輔加熱溫度相一致。在加溫過(guò)程中，可通過(guò)各測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)量值來(lái)控制和了解加熱情況。開(kāi)始時(shí)，可先不啟動(dòng)冷水泵，待試件的熱面溫度達(dá)到一定水平后，再啟動(dòng)水泵（或接通自來(lái)水），向上下水套通入冷卻水。試驗(yàn)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開(kāi)始趨于穩(wěn)定。在這個(gè)過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)節(jié)主加熱器電源、輔助加熱器電源的電壓，使其更快或更利于達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度基本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次電功率W（或電壓V和電流I）讀數(shù)記錄和溫度測(cè)量，從而得到穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果。
5.一個(gè)工況試驗(yàn)后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，既調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進(jìn)行測(cè)試得到另一工況的穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過(guò)大。
6.根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行多次工況的測(cè)試。（工況以從低溫到高溫為宜）。
7.測(cè)試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，經(jīng)過(guò)10分鐘左右再關(guān)閉水泵（或停放自來(lái)水）。 

五 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取實(shí)驗(yàn)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后的連續(xù)三次穩(wěn)定結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量（即主加熱器的電功率） ：
 Q=W（ 或 I·V）    [W]
W— 主加熱器的電功率值[W]
I— 主加熱器的電流值[A]
V— 主加熱器的電壓值[V]
由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個(gè)試件（試件1和試件2）傳導(dǎo)，所以
試件兩面的溫差：
 
t_R— 試件的熱面溫度（即t1或t3）
t _L— 試件的冷面溫度（即t2或t4）
平均溫度為
 
平均溫度為 時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)：
 
F-試件的截面積m²
將不同平均溫度下測(cè)定的材料導(dǎo)熱系數(shù)在 坐標(biāo)中得出的關(guān)系曲線，并求出的關(guān)系式。
 
 
 
 
 
實(shí)驗(yàn)報(bào)告（例題）
試驗(yàn)材料：聚氯乙烯
試件外型尺寸：200×200mm
試件導(dǎo)熱面積：180×180mm (即主加熱器面積)
試件厚度δ：20mm
主加熱器電阻值：100Ω
輔加熱器電阻值：4×25Ω
測(cè)溫原件：熱電偶



三.實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理

取實(shí)驗(yàn)記錄中最后四點(diǎn)穩(wěn)定的 和 值，計(jì)算出它們的平均值：

冷，熱面的溫差

 

 
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