常功率熱源法測定導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)報(bào)告

1、常功率熱源法測定導(dǎo)熱系數(shù)實(shí) 驗(yàn)報(bào)告?zhèn)鳠釋W(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 周浩 工物52 2015011685 實(shí)驗(yàn)日期：2017年12月21日 常功率平面熱源法導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率測試實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 鞏固和深化對非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱理論的理解，更直觀地認(rèn)識非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中溫度的變化； 2. 學(xué)習(xí)用常功率平面熱源法同時(shí)測定絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù) 入和熱擴(kuò)散率a的實(shí)驗(yàn)方法和技 能； 3. 掌握獲得非穩(wěn)態(tài)溫度場的方法； 4. 加深理解導(dǎo)熱系數(shù) 入和熱擴(kuò)散率a對溫度場的影響。 二、實(shí)驗(yàn)裝置及原理 c）無限大平面熱源與有限大平面熱源的區(qū)別 b）實(shí)驗(yàn)原理圖 圖1 實(shí)驗(yàn)裝置及原理圖 圖2 實(shí)驗(yàn)裝置簡圖 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱基本理論，在初始溫度

2、分布均勻的半無限大的物體中，從 起，半無 限大的物體表面受均勻分布的平面熱源 的作用，在常物性條件下，離表面x處的溫度升 高 一= 式中和是材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散率， 是變量二的高斯誤差補(bǔ)償函數(shù) 的一次積分，可以查表得出數(shù)值。且在 時(shí)，有 r 于是有： - 上式左邊是可以測量的量，通過查表就可以的到 的值，進(jìn)而算出相當(dāng)于在平均溫 度- 的熱擴(kuò)散率。再代入式子 一可求出導(dǎo)熱系數(shù) 入。 三、 實(shí)驗(yàn)方法及步驟 1. 測岀試材 的厚度X1 mm; 2. 安裝熱電偶及試材。將熱電偶 1貼在加熱片與試材 口之間的中間位置處，熱電偶 2貼在試 材口的上表面中間位置處，熱電偶 3和4貼在試材 口上表面和試材

3、口下表面的中間位置 處。組裝好試材，關(guān)閉試材罩； 3. 仔細(xì)檢查各接線線路和熱電偶測量線路； 4. 記錄實(shí)驗(yàn)箱編號、加熱面積 F以便計(jì)算平面熱源功率。記錄 t2測點(diǎn)距熱源距離 xi,記錄初始 時(shí)刻的tp t2、上上3、t4； 四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理 1.材料I海綿的厚度 加熱功率 熱流密度 2.、 記錄數(shù)據(jù) 記錄點(diǎn)/每 一次 0 25.90 26.10 24.70 26.90 1 33.20 26.40 24.60 26.80 2 38.00 27.70 24.60 26.80 3 41.80 29.30 24.70 26.80 4 44.90 30.90 24.70 26.80 5 47.40

4、 32.20 24.60 26.90 6 49.60 33.50 24.60 26.90 分別測定時(shí)刻 處與時(shí)刻 處的溫升，根據(jù)上式就有: 7 51.30 34.70 24.70 26.80 8 52.90 35.80 24.70 26.90 9 54.20 36.70 24.70 26.90 10 55.40 37.60 24.60 26.90 表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 根據(jù)上表 1 計(jì)算容易得到 時(shí)間 平均 溫度 C 0 / / / / / 2 29.8 0.023186 1.234 3.502421 6.525598 4 32.85 0.074604 1 0.865 3.56399 5.6163

5、85 6 35.55 0.113548 0.72 3.429355 5.134861 8 37.9 0.142532 1 0.635 3.306673 4.872266 10 39.8 0.160072 0.59 3.064254 4.634126 12 41.55 0.17616 0.55 2.938476 4.509696 14 43 0.191025 1 0.515 2.872673 4.493838 16 44.35 0.20269 0.495 2.720811 4.398346 18 45.45 0.211322 1 0.477 2.604471 4.354653 20 46.5 0

6、.219938 1 0.459 2.531473 4.341338 表 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫圖t1,t2隨？的變化曲線 圖3溫度和隨時(shí)間的變化曲線 ?隨時(shí)間？的變化曲線 八度溫 30 20 10 0 0 2 4 - t1 - t2 6 8 10 12 ?min 5540 ? 圖4導(dǎo)熱系數(shù) 隨時(shí)間 的變化曲線 圖5熱擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線 分析圖4、5: 實(shí)驗(yàn)中由于加熱功率 恒定，所以熱流密度 ，由圖3可知 隨 時(shí)間 不斷變大，后趨于穩(wěn)定，由 可知，隨著時(shí)間 不斷變小，后趨于穩(wěn)定。 又由于 一可知 a 與 變化規(guī)律一致，即隨時(shí)間 不斷變小，后趨于穩(wěn)定。 3.根據(jù)半無限大物體非穩(wěn)

7、態(tài)導(dǎo)熱理論解，結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件，作圖分析 和對非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程 的影響。 根據(jù) - 固定 ，改變a（a取不同量級） 取 、 、 ，用python編程1.py得到如下變化 規(guī)律 圖6不同a情況下，t2隨時(shí)間的變化曲線 固定 ，改變（取不同量級） 用 python 編程 2.py 得到如下曲線圖: 圖7不同情況下，t2隨時(shí)間的變化曲線 由圖6和圖7易看出，當(dāng)熱擴(kuò)散率a越大時(shí)溫度上升越快；當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù) 越小時(shí)溫度上 升越快。 附Python代碼（兩段代碼均使用了外載的 matplotlib 模塊，驗(yàn)證時(shí)請注意安裝該擴(kuò)展模 塊） #1.py（a 不同） import math import matplotli

8、b.pyplot as plt def ierfc(x): y=0 y=(1/math.sqrt(math.pi)*math.exp(-x*x)-x*math.erfc(x) return y t0=25.9 qw=65.12 Lambda=5e-2 x=16e-3 a=4e-7,4e-8,4e-6 t2= 0 for i in ran ge(10) for j in ran ge(3) t2 for i in ran ge(3): for j in ran ge(10): tau=60*(j+1) pri nt(tau) t2ij=t0+2*qw*math.sqrt(ai*tau)*ierf

9、c(x/(2*math.sqrt(ai*tau)/Lambda xl=2,4,6,8,10,12,14,16,18,20 plt.plot(xl,t20,label=a=4e-7,marker=o) plt.plot(xl,t21,label=a=4e-8,marker=o) plt.plot(xl,t22,label=a=4e-6,marker=o) plt.xlabel(time/m in) plt.ylabel(t2/ C ) plt.title(the curves of t2 over t) pltege nd(loc=upper right) plt.show()#2.py(不同)

10、 import math import matplotlib.pyplot as plt def ierfc(x): y=0 y=(1/math.sqrt(math.pi)*math.exp(-x*x)-x*math.erfc(x) return y t0=25.9 qw=65.12 a=2e-7 x=16e-3 Lambda=4e-2,4e-3,4e-1,2e-2 t2= 0 for i in ran ge(10) for j in ran ge(4) t2 for i in ran ge(4): for j in ran ge(10): tau=60*(j+1) pri nt(tau) t

11、2ij=t0+2*qw*math.sqrt(a*tau)*ierfc(x/(2*math.sqrt(a*tau)/Lambdai xl=2,4,6,8,10,12,14,16,18,20 plt.plot(xl,t22,label= plt.plot(xl,t23,label= plt.plot(xl,t20,label= plt.plot(xl,t21,label= 入=4e-1,marker=o) 入=2e-2,marker=o) 入=4e-2,marker=o) 入=4e-3,marker=o)plt.xlabel(time/m in) plt.ylabel(t2/ C) plt.title(the curves of t