《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》 教案 7-4 7.1.4穩(wěn)態(tài)圓球法測(cè)定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)

穩(wěn)態(tài)圓球法測(cè)定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑僭诜€(wěn)定狀態(tài)下，學(xué)習(xí)和掌握用圓球法測(cè)定顆粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)。②學(xué)會(huì)使用電位差計(jì)。③通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定該材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系式： （1）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)結(jié)構(gòu)和重度等因素而變化。本實(shí)驗(yàn)是在穩(wěn)定傳熱條件下，根據(jù)圓球?qū)峁絹?lái)求得顆粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)。設(shè)有一空心球體，球的內(nèi)外表面直徑分別為d1和d2，溫度為t1和t2并保持不變，根據(jù)傅立葉定律可得出球體導(dǎo)熱公式： Q=2πλ即： λm=Qδ式中λm——球體材料在溫度tm=(t1+t2)/2時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；δ——空心球體壁的厚度δ=(d1+d2)/2，m；I——電加熱器通過(guò)的電流，A；V——電加熱器的端電壓，V；Q——電加熱器的功率，W。在溫度變化范圍不大的情況下，大多數(shù)工程材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系可作為直線關(guān)系處理，因此要確定式中λ=f(t)的函數(shù)關(guān)系，則可以測(cè)定在不同溫度狀態(tài)下的λm值。將溫度為tm1、tm2、tm3……所對(duì)應(yīng)的λm1、λm2、λm3……值標(biāo)繪在座標(biāo)紙上，然后應(yīng)用圖解法求出式中的λ0和b值，從而整理出λ=f(t)的具體表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，其中圓球?qū)醿x本體由兩個(gè)厚度極薄的同心金屬球殼構(gòu)成，內(nèi)球殼外表面直徑d1=80mm，外球殼內(nèi)表面直徑d2=160mm。兩球殼之間松緊均勻地填充滿顆粒狀材料干黃砂，即本實(shí)驗(yàn)的被測(cè)材料。內(nèi)球殼里裝有電阻絲繞成的電加熱器，由直流穩(wěn)壓電源供給直流電加熱。單位時(shí)間產(chǎn)生的熱量（Q=IV，W）將通過(guò)黃砂層由球壁傳出。為了測(cè)定黃砂層內(nèi)外的溫差，在內(nèi)球外表面和外球內(nèi)表面上各裝有三組熱電偶用來(lái)測(cè)量其溫度，測(cè)點(diǎn)1、2、3分別位于內(nèi)球殼上，測(cè)點(diǎn)4、5、6分別位于外球殼上，熱電偶熱端焊于球殼上，冷端置于冰瓶中，冷熱端產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)用電位差計(jì)來(lái)測(cè)量。測(cè)點(diǎn)1、2、3的平均溫度即為內(nèi)球壁面溫度t1，測(cè)點(diǎn)4、5、6的平均溫度即為外球壁面溫度t2。圖1圓球法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)步驟及方法①將各實(shí)驗(yàn)裝置連接完成，根據(jù)所需功率調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器在指定數(shù)值并開(kāi)始加熱。②加熱3小時(shí)以上進(jìn)入穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)，即可開(kāi)始用電位差計(jì)測(cè)量并記錄各熱電偶測(cè)溫點(diǎn)的熱電勢(shì)，每隔10分鐘記錄一次，直至相鄰兩次各點(diǎn)測(cè)讀數(shù)值完全一致或相差極微，取平均值進(jìn)行計(jì)算。然后根據(jù)T型熱電偶分度表將熱電勢(shì)換算成溫度并計(jì)算得到t1及t2，同時(shí)需記錄下加熱器的電壓V和電流I。③在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器輸出電壓，改變加熱功率，待穩(wěn)定后重復(fù)步驟（二）的操作，分別測(cè)量材料的不同溫度狀態(tài)，并計(jì)算相應(yīng)狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)。④實(shí)驗(yàn)共測(cè)試4個(gè)不同的工況，即被測(cè)材料在4個(gè)不同的溫度狀態(tài)下，分別對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1圓球法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)次數(shù)各測(cè)點(diǎn)熱電勢(shì)加熱器電壓加熱器電流123456第一工況123第二工況123第三工況123第四工況123實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析①被測(cè)材料的平均溫度tm由REF_Ref16194\h式（4）計(jì)算得出；導(dǎo)熱系數(shù)λm由式（3）計(jì)算得出。 tm=（t1+t2）/2 （4）②應(yīng)用圖解法求得λ=f(t)的具體函數(shù)表達(dá)式。③分析顆粒狀材料在球壁內(nèi)充填松緊不均勻?qū)?shí)驗(yàn)有什么