传热试验1稳态平板法测定绝热材料导热系数

稳态平板法测定绝热材料导热系数

一． 实验目的

1. 巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的试验方法

和技能。

2. 测定实验材料的导热系数。

3. 确定实验材料导热系数与温度的关系。 二． 实验原理

导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是不同的；对同于材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，如果要分别考虑的影响，就需要对各种因素加以试验，往往不能只在一种试验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定试验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。

试验设备是根据一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差△t成正比，和平板的厚度成正比，以及和导热系数成正比的关系来设定的。

我们知道，通过薄壁平板（厚度小于十分之一臂长和璧宽）的稳定导热量为

.t.F [W] Q 测定时，如果将平板两侧的温差ttR-tL、平板厚度、垂直热流方向的导热面积F和通过平板的热流量Q测定以后，就可以根据下式得出导热系数：

Q.t.F W/(m.°C)

需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：

1t（t+t） [°C]

2R

L

在不同的温度和温差情况下测出相应的值，然后将值标在-t坐标图中，就可以得出

=f(t)的关系曲线。

三.实验装置及测量仪表

稳态平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图1所示。

被实验材料做成两块方形薄壁平板试件，面积为300*300【m㎡】,实际导热计算面积F为200*200【m㎡】，板的厚度为【m㎡】，平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下热面和水套与试样的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通过过自来水）来实现的。

在中间200*200【m㎡】部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的能量能够全部1

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单项通过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即200*200【m㎡】之外的四周）设有四个辅助加热器（1~4），利用专用的温度跟踪控制器使主加热器以外的四周保持与主加热器的温度一致，以免热流量向旁侧散失。主加热器的中心温度t1（或t2）和谁套冷面的中心温度t3(或t4)用四个热电偶（埋设在铜板上）来测量辅助加热器1和辅助加热器2的热面也分别设置两个辅助电偶t5和t6（埋设在铜板的相应位置上），其中一个辅助电偶t5（或t6）接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电偶t2（或t1）的温度讯号相比较，通过跟踪器使全部辅助加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，可以通过热电偶t1（或t2）和热电偶t3(或t4)测出一个时间的两个表面的中心温度。也可以在测量一个辅助电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况。温度是利用电位差计和转换开关来测量的，主加热器的电功率可以用电功率表或电压表和电流表来测量。 图1 实验装置示意图

【附】试验台主要参数 1. 实验材料：

2. 试件外型尺寸：300*300【m㎡】 3. 导热计算面积F：200*200【m㎡】（即主加热器的面积） 4. 时间厚度：（实测） 5. 主加热器电阻值： 

6. 辅加热器（每个）电阻值：  7. 热电偶材料： 镍烙—鏮铜

8. 试件最高加热温度：﹤﹦80°C 四.实验方法和步骤

1.将两个平板试件仔细的安装在加热器的上下面，试件表面与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位之后，应在上面加压一定得重物，以使它们都紧密接触。

2.联接和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源：而两个辅助加热器经两两并联后在串联成串联电路（试验台上已连接好），并按图2所示联接到辅助加热器上，电压表和电流表（或电功率表）应按要求接入电路。将主热电偶之一t2（或t1）接到跟踪控制器面板上左侧的主热电偶接线柱上，而将辅助热电偶之一t5（或t6）接到跟踪控制器上的相应接线柱上。把主热电偶t1（或t2）、水套冷面热电偶t3(或t4)和辅助热电偶t5（或t6）都接到热电偶转换开关上，转换开关与电位差计的“未知”相接。 2

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3.检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，个热电偶是否正常完好，教正电位差计的零位。 4.接通加热器电源，并调节到合适的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制器。在加热过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定的水平后，再启动水泵（或接通自来水），向上下水套通入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这个过程中可以适当调节主加热器电源、辅助加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状况。待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电功率W（或电压V和电流I）读数记录和温度测量，从而得到稳定的测量可结果。

5.一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，即调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试得到另一工况的稳定测试结果，调节的电功率不宜过大，一般在5~10W为宜。 6.根据试验研究，进行多次工况的测试。（工况以低温到高温为宜）。

7.测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过10分左右再关闭水泵（或停放自来水）。

五.试验结果处理

实验数据取试验进入稳定状况后的连续四次稳定结果的平均值。导热量（即主加热器的电功率）：

Q=W (或 [W]

W— 主加热器的电功率值 [W] I—主加热器的电流值 [A] V—主加热器的电 压值 [V]

由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件1和试件2）传导，所以 Q1=Q2=

1QW=(或= [W]

222 试件两面的温差：

tt-t [°C]

R

L

tR —试件的热面温度（即t1或t2） [°C] tL—试件的冷面温度（即t1或t2） [°C]

平均温度为

t=（tR+tL）/2 [°C] 平均温度为t时的导热系数：

W. 2(tRtL)FI.V.（或

2(tRtL)F）[w/m.°C]

将不同平均温度下测定的材料导热系数在 t坐标中得出 t的关系曲线，并求出

=f(t)的关系式。

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六、实验报告： 1、绘实验设备简图

2、本组实验结果的计算，并抄录各组在不同电压下的计算结果 3、将各组的实验结果绘制成λ～t曲线 4、实验结果的分析与讨论

表1 记录表格 序功率Q 号 （W） 热面温度tR （℃） 1 2 3 4

热面温度tL （℃） 温差△t （℃） 平均温度t （℃） 导热系数 （w/m.°C） 4