實驗四：穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)

1、實驗四穩(wěn)態(tài)平板法測保溫絕熱材料的熱導(dǎo)率入、實驗?zāi)康?、鞏固和深化穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱進程的大體理論，學習用平板法測絕熱材料熱導(dǎo)率的實驗方式和技 術(shù)2、測定實驗材料的熱導(dǎo)率3、確信實驗材料熱導(dǎo)率與溫度的轉(zhuǎn)變關(guān)系二、實驗原理熱導(dǎo)率是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對不同的材料，熱導(dǎo)率各不相同；對同種材料，熱導(dǎo) 率會隨溫度、壓力、含濕量、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和密度等因素而不同。各類材料的熱導(dǎo)率都是采納實驗 方式來測定的，若是別離考慮不同因素的阻礙，就需要對各類因素加以實驗，往往不能只在一種 實驗設(shè)備上進行。穩(wěn)態(tài)平板法是應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱進程的大體原理來測定材料熱導(dǎo)率的方式，能 夠用來測定材料的熱導(dǎo)率及其與溫度的轉(zhuǎn)變關(guān)系。實驗設(shè)備

2、是依照在一維穩(wěn)態(tài)情形下通過平板的導(dǎo)熱量Q和平板兩面的溫差A(yù)t成正比，與平 板的厚度成反比5,與熱導(dǎo)率入成正比的關(guān)系來設(shè)計的。由一維穩(wěn)態(tài)理論，通過薄壁平板(壁厚小于十分之一壁長與壁寬)的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱量為：Q = .A 竺y 5測試時，若是能夠測得平板兩面的溫差A(yù)t=tR-tL、平板厚度5、垂直熱流方向的導(dǎo)熱面積A 和通過平板的熱流量Q，即可依照下式計算得出熱導(dǎo)率入：W/m.C岸 5At A上式計算得出的熱導(dǎo)率是那時平均溫度下材料的熱導(dǎo)率值，此平均溫度為:C-1 z 、t = 2、+)_在不同的溫度和溫差條件下測出相應(yīng)的熱導(dǎo)率入，將入值標在入一t坐標圖內(nèi)，就可得出入 =f(t)的關(guān)系曲線。三、實驗裝置

3、及測量儀表穩(wěn)態(tài)平板法測絕熱材料熱導(dǎo)率的實驗裝置如圖1和圖2所示。被實驗材料做成二塊方形薄壁平板試件，面積300 x300mm2,實際導(dǎo)熱計算面積A為200 x200mm2，板的厚度為5 mm。平板試件被夾緊在加熱器的上下熱面和上下水套的冷面輔加熱器口下水套熱電偶 3冷卻水進主熱電偶（下）1輔加熱器A主熱電偶（上）冷卻水進匚匚輔加熱器出口（下）上水套熱電彳主加熱器”輔熱電傀Tft.輔熱電傀輔加熱器圖1實驗臺主體示用意（循環(huán)冷卻水的水箱與水泵未示出）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。利用薄膜式加熱片實 現(xiàn)對上、下試件熱面的加熱，上下導(dǎo)熱面積水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻

4、水（或通以自來水）來 實現(xiàn)。中間200X200mm2部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為使主加熱器的熱量能全數(shù)單向通 過上下兩個試件，并通過水套的冷水帶走，在主加熱器周圍（即200X200mm2之外的四側(cè)）設(shè) 有四個輔助加熱器（1-4），利用專用的溫度跟蹤操縱器使主加熱器之外的周圍維持與中間主加熱 器的溫度一致，以避免熱量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度t1（或t2）和水套冷面中心溫度t3（或 t4）用四個熱電偶（埋設(shè)在銅板上）來測量；輔助加熱器1和輔加熱器2的熱面也別離設(shè)置兩個輔 熱電偶t5和t6 （埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上），其中一個輔熱電偶t5或t6接到溫度跟蹤操縱器上， 與主加熱器中心接來的主

5、熱電偶t2或t1的溫度信號比較，通過溫度跟蹤器使全數(shù)輔助加熱器都 跟蹤到與主加熱器的溫度相一致。而在實驗進行時，能夠通過熱電偶t1 （或t2）和熱電偶t3（或 t4）測量出一個試件的兩個表面的中心溫度。也能夠再測量一個輔熱電偶的溫度，以便于主熱電 偶的溫度相較較，從而了解主、輔加熱器的操縱與跟蹤情形。溫度是利用數(shù)顯儀表和轉(zhuǎn)換開關(guān)來 測量的。主加熱器的電功率使用電功率表來測量。圖2實驗臺的電路聯(lián)圖附實驗臺要緊參數(shù)實驗材料：2.試件外型尺寸：300 x300mm將兩個平板試件認真地安裝在加熱器的上下面，試件表面應(yīng)與銅板周密接觸，不該有 間隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，應(yīng)在上面加壓必然的

6、重物，以使它 們都能緊密接觸。 聯(lián)接和認真檢查各接線電路。將主加熱器的兩個接線端用導(dǎo)線接至主加熱器電源；而 四個輔助加熱器經(jīng)兩兩并聯(lián)后再串聯(lián)成串聯(lián)電路（實驗臺上己聯(lián)接好），并按圖2所示 聯(lián)接到輔加熱器電源上和跟蹤操縱器上。電壓表和電流表（或電功率表）應(yīng)按要求接 入電路。將主熱電偶之一 1 （或2 ）接到跟蹤操縱器面板上左側(cè)的主熱電偶接線柱上， 而將輔熱電偶之一 5 （或6 ）接到跟蹤操縱器上的相應(yīng)接線柱上。把主熱電偶1（或 2 ）、水套冷面熱電偶（或4 ）和輔熱電偶5 （或6 ）都接到熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān) 上，轉(zhuǎn)換開關(guān)與電位差計的“未知”相接。 導(dǎo)熱計算面積A： 200 x200mm2（即主加熱器的

7、面積） 試件厚度&（實測）主加熱器電阻值：Q 輔加熱器（每一個）電阻值：Q熱電偶材料：鎳鉻一鎳硅試件最高加熱溫度： 80C四、實驗方式和步驟3、檢查冷卻水水泵及其通路可否正常工作，各熱電偶是不是正常完好，校正電位差計的 零位。4、接通加熱器電源，并調(diào)劑到合在的電壓，開始加溫，同時開啟溫度跟蹤操縱器。在加 溫進程中，可通過各測溫點的測量來操縱和了解加熱情形。開始時，可先不啟動冷水 泵，待試件的熱面溫度達到必然水平后，再啟動水泵（或接通自來水），向上下水套 通入冷卻水。實驗通過一段時刻后，試件的熱面溫度和冷面溫度開始趨于穩(wěn)固。在這 進程中能夠適當調(diào)劑上加熱器電源、輔加熱器電源的電壓，使其更快或更利

8、于達到穩(wěn) 固狀態(tài)。待溫度大體穩(wěn)固后，就能夠夠每隔一段時刻進行一次電功率W讀數(shù)記錄和溫 度測量，從而取得穩(wěn)固的測試結(jié)果。5、一個工況實驗后，能夠?qū)⒃O(shè)備調(diào)到另一工況，即調(diào)劑主加熱器功率后，再按上述方式 進行測試，取得另一工況的穩(wěn)固測試結(jié)果。調(diào)劑的電功率不宜過大，一樣在510w 為宜。6、依如實驗要求，進行多次工況的測試。（工況以從低溫到高溫為宜）。7、測試終止后，先切斷加熱器電源，并關(guān)閉跟蹤器，通過10分鐘左右后再關(guān)閉水泵（或 停放自來水）。五、實驗結(jié)果處置實驗數(shù)據(jù)取實驗進入穩(wěn)固狀態(tài)后的持續(xù)三次穩(wěn)固結(jié)果的平均值。導(dǎo)熱量（即主加熱器的電 功率）： TOC o 1-5 h z Q=W （或IV）WW一

9、主加熱器的電功率值WI 一主加熱器的電流值A(chǔ)V一主加熱器的電壓值V由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個試件（試件1和試件2）傳導(dǎo)，因此11.、1Q = Q2 = 2Q = w（或 =萬1 V）w試件兩面的溫差：z tR tCtR 一試件的熱面溫度（即t或t2 ） C tL 一試件的冷面溫度（即t3或t4 ） C 平均溫度為-1t 2（tR + tL）C平均溫度為t時的熱導(dǎo)率：將不同平均溫度下測定的材料熱導(dǎo)率在入一t坐標中得出入一t的關(guān)系曲線，并求出入=f(t)的關(guān)系 式。六、實驗測試與實驗報告舉例實驗裝置電路連接圖1、實驗臺電路連接圖2、實驗記錄試驗材料試件外型尺寸試件導(dǎo)熱面積試件厚度8:聚氯

10、乙烯:300 X 300mm2:200X200 mm2 （即主加熱器面積）:15mm主加熱器電阻值：100Q輔加熱器電阻值：4 X 25Q熱電偶材料：鎳銘鎳硅注tR,tL為熱電偶用電位差計測出的毫伏數(shù)換算出的讀數(shù)溫度。實際溫度=讀數(shù)溫度+環(huán)境溫度實驗記錄表測讀時間時分試件中心位置熱面溫度tRU)試件中心位置冷面溫度tl (C)At = t tR L(C):備注10： 00試驗最后10： 30室溫 :11： 0022 C11： 30冷卻水12： 00溫：27 C12： 3013： 0013： 3014： 0014： 3015： 0015： 3016： 0016： 30163、實驗結(jié)果處置取實驗記錄中最后四點穩(wěn)固的I