穩(wěn)態(tài)平板法測定建筑材料的導熱系數(shù)

1、實驗一、穩(wěn)態(tài)平板法測定建筑材料的導熱系數(shù)一、實驗目的1、鞏固和加深穩(wěn)定導熱過程的基本理論。學習DRP-1型導熱系數(shù)測定儀的使用方法；2、測定試材的導熱系數(shù)；3、確定試材導熱系數(shù)與溫度的關系。二、實驗原理導熱系數(shù)是表征材料導熱能力的物理量。導熱系數(shù)與材料的種類、性質、結構、密度等 因素有關。同種材料的導熱系數(shù)又取決于材料的溫度，各種材料的導熱系數(shù)通過實驗方法測 定。平板法就是應用一維穩(wěn)態(tài)導熱過程的基本原理，測定建筑材料導熱系數(shù)的一種方法。在溫度變化較小的范圍內，可以認為材料的導熱系數(shù)隨溫度作直線變化，即：X = X (1 + bt)(1)式中：X0 ： C時材料的導熱系數(shù)。b :材料導熱系數(shù)隨溫

2、度變化的系數(shù)。圖一平板中的一維穩(wěn)態(tài)導熱見圖一，平板內為一維穩(wěn)態(tài)導熱過程由傅立葉定律：q = X (1 + bt)%(2)0 dx式中： q :熱流密度，w/m2；dt二 ：試件內的溫度梯度，C/m。dx(2)式分離變量后積分可得：(3)(3)(4)(5)qx = X (t + 方 t2) + c代人邊界條件：x=0t=tix=Ot=t2消去常數(shù)C可得：q = X (1 + bt t t t=X (1 + bt )( ) = X -4(6)0m bm b(7)即 人=一（Q一（8）12）其中 F：平壁表面積，m2。：平壁的厚度，m入：平均溫度tm= 1 2 2時材料的導熱系數(shù)，w/mC如果，在實

3、驗中，創(chuàng)造一定的條件，使平板試件內維持一維穩(wěn)態(tài)溫度場，并測出。、F、 Q、t1和t2等值，則由（8）可求得tm下的導熱系數(shù)。試件材料的入=f （t）是直線關系時，入 就是入t1和入12的平均值，即tm下的真 實導熱系數(shù)入，進而即可確定入t的關系曲線。12三、實驗裝置及測量儀表實驗裝置如圖二所示。圖二實驗裝置示意圖材料為兩塊圓形平板，直徑為200mm，厚度為20mm （Sd可視試件為薄壁厚度）。兩 塊試件的高溫表面溫度由夾在中間的主加熱器提供熱量，維持穩(wěn)定，低溫表面溫度由恒溫水 浴的循環(huán)水維持恒定。為保證主加熱器熱量全部通過試件，應嚴格保證試件內的溫度變化為 一維溫度場，因此在主加熱器外圍設有一

4、環(huán)行輔助加熱器，以保證主、輔加熱器表面（即試 件表面）溫度均勻。為了減少熱損失，全部設備放置在帶保溫層的外殼中。主加熱器由一臺晶體管穩(wěn)壓電源提供熱量，輔加熱器由溫度跟蹤器控制加熱，由裝在主、 輔加熱器上的溫差熱電堆給出溫差值，經過溫度跟蹤器給出信號，并通過調節(jié)系統(tǒng)使輔加熱 器表面溫度不斷跟蹤主加熱器表面溫度，并達到穩(wěn)定。試件熱表面溫度tw1 （或tw2）和冷表面溫度tw3 （或tw4）由銅一康銅熱電偶測定。各熱 電偶端點與換相開關聯(lián)電，熱電勢通過UJ-31型電位差計進行測定。為了準確測定主加熱器電功率，通過電位差計測定串聯(lián)在電路上的0.01Q標準電阻的 電位差值計算出電流。四、實驗步驟1、將待

5、測試件烘干，并裝入設備中。（為了保證試件與加熱器表面緊密接觸，試件表面應平 整，不平度0.05mm=將蓋上的手柄擰緊，蓋上罩子。2、檢查控制柜各旋扭，主加熱器電源置于“斷”位置，輔加熱器的電源置于“零”溫度跟 蹤器置于“調零”，UJ-31型電位差計置于“斷”。3、接通電源。4、按所需水溫調節(jié)水銀接觸式溫度計的觸點，然后接通恒溫水浴電源，接通6V開關，調整 檢流計及電位差計，以備使用。5、接通溫度跟蹤器，指示燈亮。6、將主加熱器電源選擇開關置于所需電壓值。7、將輔加熱器電源選擇開關置于適當位置。8、調溫度跟蹤器的調零旋扭，使偏差表指針指在0”，將跟蹤置“手動”按下熱電勢轉換 開關“5”，此時的讀

6、數(shù)為主加熱板高于主加熱板的熱電勢。如果其值為負，按下開關“6”， 此時的讀數(shù)為輔加熱板高于主加熱板的熱電勢。當此時熱電勢不為0時，用手動調節(jié)輔加熱 器功率。當調至熱電勢趨于0時，將跟蹤置“自動”，儀器即自動跟蹤。9、將穩(wěn)定度旋扭（I）順時針到頭，靈敏度旋扭P）順時針逐步增大，直至偏差表產生振 蕩，在慢慢退回，使偏差表穩(wěn)定，然后慢慢把旋扭I逆時針轉動，偏差表產生振蕩，再順時 針擰至偏差表不振。當偏差表轉不超過2格，可認為過程達到穩(wěn)定。10、穩(wěn)定后，（前后兩次熱電勢差不大于土4Mv）由UJ-31型電位計“未知1”測量出“ 1”、 “2”、“3”、“4”點熱電勢值。11、測主加熱器的電流時，按下面板

7、上“IV ”開關的“I”由“未知2”測出V2。12、 重復10、11步驟，記錄三次讀數(shù)。213、改變主、輔加熱器的電壓，重復步驟812，則可測得另一溫度下的導熱系數(shù)。五、實驗記錄及數(shù)據(jù)整理1、實驗記錄：材料名稱：加熱器電阻A?。：上試件直徑：上試件厚度：下試件直徑：下試件厚度：（1）主加熱器發(fā)出的功率:Q=I2RR：主加熱器電阻，R=R201+a (t-20) Qt：熱面溫度，。c20R20: 20C時主加熱器電阻值，QR：實際熱面溫度下主加熱器電阻值，Qa ：電阻絲溫度系數(shù)，其值隨溫度變化，見下表:t (C)0 100100150150200200250a X10-5 (1/C)1.752.83.353.90(2)導熱系數(shù)入主加熱器向二試件提供熱量入入Q= F(tw -tw ) +一F(tw -tw )b 繪實驗設備簡圖繪實驗設備簡圖13b 本組實驗結果的計算，并抄錄各組在不同電壓下的計算結果 將各組的實驗結果繪制成本組實驗結果的計算，并抄錄各組在不同電壓下的計算結果將各組的實驗結果繪制成入t曲線2412當 F1=F2,a 1=a 2 時人=bQm2 m