常功率平面热源法测定绝热材料的导热系数λ和导温系数a实验指导书_V2版_46110870

《传热学》实验一：准稳态平板导热系数测定实验一、 实验目的1．快速测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热，掌握其测试原理和方法。

2．掌握使用热电偶测量温差的方法。

二、 实验原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为δ2，初始温度为0t ，平板两面受恒定的热流密度c q 均匀加热（见图1）。

求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布()τ,x t 。

导热微分方程、初始条件和第二类边界条件如下：()()22,,xx t a x t ∂∂=∂∂τττ()00,t x t =(),0c t q x δτλ∂+=∂()0,0=∂∂x t τ方程的解为：()()()()2212002132,1cos exp 6n c n n n n q x x t x t F ατδτδμμλδδμδ∞+=⎡⎤-⎛⎫-=-+--⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦∑ (1) 式中：τ——时间；λ——平板的导热系数；α——平板的导温系数；123n n n μβδ==，，，，； 02a F τδ=——傅里叶准则； 0t ——初始温度；c q ——沿x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度。

随着时间τ的延长，0F 数变大，式（1）中级数和项愈小。

当5.00>F 时，级数和项变得很小，可以忽略，式（1）变成：图1()20221,26c q x t x t δαττλδδ⎛⎫-=+- ⎪⎝⎭(2) 由此可见，当5.00>F 后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。

这种状态称为准稳态。

在准稳态时，平板中心面0=x 处的温度为：()0210,6c q t t δαττλδ⎛⎫-=- ⎪⎝⎭平板加热面x δ=处为：()⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-31,20δτλδτδa q t t c 此两面的温差为：()()λδττδc q t t t ⋅=-=∆21,0, (3) 如已知c q 和δ，再测出t ∆，就可以由式（3）求出导热系数：tq c ∆=2δλ (4) 实际上，无限大平板是无法实现的，实验中是用有限尺寸的试件。

[原创]实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ实验四、稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ实验目的巩固和深化稳态导热过程的基本理论，学习用平板法测绝热材料热导率的实验方法和技能测定实验材料的热导率确定试验材料热导率与温度的变化关系实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量。

对不同的材料，热导率各不相同;对同种材料，热导率会随温度、压力、含湿量、物质的结构和密度等因素而不同。

各种材料的热导率都是采用实验方法来测定的，如果分别考虑不同因素的影响，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。

稳态平板法是应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料热导率的方法，可以用来测定材料的热导率及其与温度的变化关系实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差Δt 成正比，与平板的厚度成反比δ，与热导率λ成正比的关系来设计的由一维稳态理论，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长与壁宽)的稳态导热量为EMBED Equation.3 w 测试时，如果能够测得平板两面的温差Δt=tR-tL、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积A和通过平板的热流量Q，即可根据下式计算得出热导率λ:EMBED Equation.3 W/m.? 上式计算得出的热导率是当时平均温度下材料的热导率值，此平均温度为EMBED Equation.3 ?在不同的温度和温差条件下测出相应的热导率λ，将λ值标在λ— EMBED Equation.3 坐标图内，就可得出λ=f( EMBEDEquation.3 )的关系曲线实验装置及测量仪表稳态平板法测绝热材料热导率的实验装置如图1和图2所示。

被试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积300x300[mm2],实际导热计算面积A为200x200[mm2],板的厚度为δ[mm]。

平板试件被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面EMBED PowerPoint.Show.8EMBED PowerPoint.Show.8图1 实验台主体示意图(循环冷却水的水箱与水泵未示出)之间。

常功率热源法测定导热系数实验报告传热学实验报告周浩工物52 2015011685实验日期：2017年12月21日常功率平面热源法导热系数及热扩散率测试实验一、实验目的1.巩固和深化对非稳态导热理论的理解，更直观地认识非稳态导热过程中温度的变化；2.学习用常功率平面热源法同时测定绝热材料的导热系数λ和热扩散率a 的实验方法和技能；3.掌握获得非稳态温度场的方法；4.加深理解导热系数λ和热扩散率a 对温度场的影响。

二、实验装置及原理图1实验装置及原理图图2实验装置简图非稳态导热基本理论，在初始温度分布均匀的半无限大的物体中，从起，半无限大的物体表面受均匀分布的平面热源的作用，在常物性条件下，离表面x处的温度升高式中和是材料的导热系数和热扩散率，是变量的高斯误差补偿函数的一次积分，可以查表得出数值。

且在时，有于是有：分别测定时刻处与时刻处的温升，根据上式就有：上式左边是可以测量的量，通过查表就可以的到的值，进而算出相当于在平均温度的热扩散率。

再代入式子，可求出导热系数λ。

三、实验方法及步骤1.测出试材的厚度x1 [mm]；2.安装热电偶及试材。

将热电偶1 贴在加热片与试材□ 之间的中间位置处，热电偶2 贴在试材□ 的上表面中间位置处，热电偶3 和4 贴在试材□ 上表面和试材□ 下表面的中间位置处。

组装好试材，关闭试材罩；3.仔细检查各接线线路和热电偶测量线路；4.记录实验箱编号、加热面积F 以便计算平面热源功率。

记录t2测点距热源距离x1,记录初始时刻的t1、t2、t3、t4；四、实验数据及处理1.材料I海绵的厚度加热功率热流密度2.、、、记录数据表1实验数据记录根据上表1计算容易得到:3.根据实验结果画图:图3温度和随时间的变化曲线图4导热系数随时间的变化曲线图5热扩散系数随时间的变化曲线分析图4、5:实验中由于加热功率恒定，所以热流密度,由图3可知随时间不断变大，后趋于稳定，由可知，随着时间不断变小，后趋于稳定。

稳态平板法测定绝热材料导热系数一、实验目的及要求1．实验目的：1）学习在稳定热流的情况下，用平板稳定导热法测定材料的导热系数的方法。

2）求出物体的导热系数。

二、实验原理稳态平板导热是没有内热源的一维稳定导热，由傅立叶导热定律表达式，有：q=－λdtdx=λδ(t1－t2) (W/m2)在第一类边界条件下，各种物质的λ值都是温度的函数。

λ = Q · δΔt· FW/(m· ℃)[附]试验台主要参数1 . 试验材料：绝热材料2 . 试件外型尺寸：265×265][2mm3 . 导热计算面积F：200×200][2mm（即主加热器的面积）4 . 试件厚度δ：（实测，约20mm）5 . 主加热器电源电压直流 0—50V （可调）6 . 辅助加热器电源电压直流0—50V （可调）三、实验方法和步骤1 .夹紧夹紧装置以使试件都能紧密接触。

2. 打开水泵开关，检查冷却水水泵及其通路能否正常工作。

3. 接通主加热器电源，并调节到合适的电压开始加温（建议由40V开始），然后开启辅助加热电源开加温电压与主加热器电压接近，一段时间后（15min----30min），观察辅助加热面的温度是否与主加热面的温度一致，根据两加热面的温度情况适当调整辅助加热器的电压（高降低、低增加）, 跟踪调整使主、辅加热温度相一致。

在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。

4 . 一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，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。

每次增加的电功率不宜过大，一般在2～3V 为宜。

5. 根据实验要求，进行多次工况的测试。

（工况以从低温到高温为宜）。

6. 测试结束后，先切断加热器电源，经过10分钟左右再关闭水泵。

五、实验结果处理实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。

导热量（即主加热器的电功率）：Q = W = I U [W]W — 主加热器的电功率值 [W]I — 主加热器的电流值 [A]U — 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 ）21（或2221U I W Q Q Q ⋅==== [W] 试件两面的温差：L R t t t -=∆ ][C ︒t R —试件的热面温度（即t 1或t 2） ][C ︒t L —试件的冷面温度（即t 3或t 4） ][C ︒导热系数为： ))(2()(2Ft t U I F t t W L R L R -⋅⋅-⋅=δδλ或 [C m w ︒⋅/] 将不同工况下测定的材料导热系数λ求平均值：n ····n21λλλλ+++=。

实验二材料导热系数的测定一、实验目的1、巩固和深化不稳定导热过程的基本理论，学习用常功率平面热源法测定材料导热系数和导温系数的实验方法和技能。

2、测定试材的导热系数λ和导温系数α。

二、实验原理：稳态导热问题，即忽略温度随时间的变化，只考虑温度的空间分布。

即θ（x,y,z）而非稳态导热问题温度不仅在空间上有分布，而且随时间变化。

即θ（x,y,z,τ）根据不稳定导热过程的基本理论，初始温度均匀并为t0的半无限大均质物体，当表面边界被常功率热流q w加热时，同样引进过余温度θ=t-t0 ，温度场由以下导热微分方程求解：经过求解和变换，得出如下的关系式：(1)函数B(y)值()B y =（2）导温系数根据B(y)值查表得y 2值，则224d a y τ=' （m 2/h ）d :薄试件的厚度 m (3)导热系数λ=（w/mk ）上述各式中：(,)x θτ'' 经过时间τ'薄试件上表面过余温度; 1(0,)θτ 经过时间1τ薄试件下表面(热源面)过余温度;3(0,)θτ 经过时间3τ降温过程中下表面(热源面)过余温度; 2τ 关闭热源的时间;Q 加热器的功率 W/m 2Q=(V 标/10)2*A=I 2*A A=R/S式中: V 标 –与加热器串连的0.01Ω标准电阻两端的电压降 mv R 、S 分别为加热器的电阻及面积。

三、实验装置DRM-1型导热系数测定仪 适用于测定均质板状、粉末状材料的导热系数、导温系数和比热。

测试范围：3.5×10-2～1.7 W/mk ；电热烘干箱；秒表两只；干燥器；天平；卡尺（精度为0.02毫米）。

DRM-1型导热系数测定仪分三部分：1、试件部分：包括试件，试件台及夹具。

2、加热系统：包括晶体管稳压电源、加热器、0.01Ω标准电阻、电位差计和检流计。

3、温度测量系统：温度测量用铜-康铜热电偶，电偶产生的电信号用电位差计测出，通过查表得出温度值。

导热系数的测量实验报告导热系数的测量实验报告引言：导热系数是描述材料导热性能的重要参数，对于研究材料的热传导特性和应用于热工学、材料科学等领域具有重要意义。

本实验旨在通过测量不同材料的导热系数，探究不同材料的导热性能差异，并对实验结果进行分析和讨论。

实验方法：1. 实验仪器和材料准备：本实验使用的仪器包括导热系数测量仪、热电偶、热电偶接线仪、数字温度计等。

实验所用材料包括铝、铜、铁、玻璃等。

2. 实验步骤：a. 将导热系数测量仪预热至一定温度，使其达到稳定状态。

b. 将待测材料样品放置在测量仪器的传热面上，并保持其表面平整。

c. 记录待测材料样品的初始温度，并启动测量仪器。

d. 根据测量仪器的指示，等待一段时间，直至待测材料样品达到热平衡状态。

e. 记录待测材料样品的最终温度，并停止测量仪器。

实验结果：通过实验测量得到的材料导热系数如下表所示：材料导热系数(W/m·K)铝 205铜 385铁 80玻璃 1.05实验讨论：从实验结果可以看出，不同材料的导热系数存在明显差异。

铜的导热系数最高，达到385 W/m·K，而玻璃的导热系数最低，仅为1.05 W/m·K。

这是因为不同材料的结构和化学成分决定了其导热性能。

对于金属材料，其导热性能优于非金属材料，因为金属的导热机制主要是通过自由电子的传导。

而非金属材料如玻璃，则主要通过分子之间的振动传递热量，导致其导热性能较差。

此外，实验结果还表明不同金属材料的导热系数也存在差异。

铜的导热系数明显高于铝和铁，这是因为铜具有更高的电导率和更低的电阻率，使得其导热性能更好。

铁的导热系数较低，这可能与其晶格结构和杂质含量有关。

实验的不确定性主要来自于测量仪器的精度和待测材料样品的表面状态。

如果样品表面不平整或存在氧化层等影响传热的因素，将会对实验结果产生一定影响。

因此，在进行导热系数测量实验时，需要注意样品的处理和仪器的校准，以提高实验的准确性和可靠性。

平板导热系数测量一、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实验方法和技能。

2. 测定试验材料的导热系数。

3. 确定试验材料导热系数与温度的关系。

实验原理：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，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实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。

实验设备是根据在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δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。

我们知道，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长和壁宽)的稳定导热量为：Q= [W]被试验材料做成二块方形薄壁平板试件， 面积为300×300［ｍｍ2］，实际导热计算面积F 为200×200［ｍｍ2］，板的厚度为δ［ｍｍ2］。

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。

加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板F t · · ∆δλ二、实验台参数：1.试验材料2.试件外型尺寸：300×300 mm23.导热计算面积F: 200×200 mm2 (即主加热器的面积)4.试件厚度δ：(实测) 15mm5.主加热器电阻值： 100Ω6.辅加热器(每个)电阻值： Ω7.热电偶材料：镍铬一镍硅8.试件最高加热温度：≤80℃三、实验方法和步骤：１．将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。

在试件、加热器和水套等安装入位后．应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。

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；而四个辅助加热器联成串联电路(实验台上已联接好)。

将主热电偶之一t2(或t1)接到跟踪控制器面板上中间的主热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一t5(或t6)接到跟踪控制器上的相应接线柱上。

保温绝热材料导热系数检测作业指导书道客保温绝热材料是一种用于减少能量传递的材料，常用于建筑、工业设备和管道等领域。

而导热系数是评估材料导热性能的指标，它描述了单位厚度内材料的热量传导能力。

因此，导热系数的检测对于保温绝热材料的品质控制和应用效果评估具有重要意义。

导热系数检测的方法有多种，常用的包括热板法、热流计法和热阻法等。

在进行导热系数检测之前，首先需要准备样品。

样品的制备应符合相关标准，确保样品的尺寸、形状和密度等参数符合要求。

接下来，根据具体的检测方法，选择相应的仪器设备进行测试。

热板法是一种常用的导热系数检测方法。

该方法通过将待测材料夹在两个热板之间，通过一个热源加热一个热板，另一个热板则保持恒定温度，测量两个热板之间的温度差来计算导热系数。

这种方法适用于导热系数较低的材料。

热流计法是另一种常用的导热系数检测方法。

该方法通过将待测材料夹在两个热流计之间，一个热流计加热，另一个热流计则测量热量流动。

通过测量两个热流计之间的温度差和热流量，计算出导热系数。

这种方法适用于导热系数较高的材料。

热阻法是一种间接测量导热系数的方法。

该方法通过测量材料的厚度、表面温度和环境温度等参数，计算出热阻值，再通过热阻值和材料的导热系数之间的关系，推导出导热系数。

这种方法适用于较厚的材料或无法直接测量温度差的情况。

无论采用哪种方法进行导热系数检测，都需要注意以下几点。

首先，样品的选择应具有代表性，能够准确反映实际使用环境下的导热性能。

其次，仪器设备的选择应符合检测要求，并保证操作的准确性和精度。

此外，对于不同材料和不同厚度的样品，可能需要进行多次测试以获得可靠的结果。

导热系数检测的结果可以用于评估保温绝热材料的性能和应用效果。

较低的导热系数表示材料的隔热性能较好，能够有效减少热量传递。

而较高的导热系数则可能会导致能量损失和热能浪费。

因此，导热系数的检测对于选择合适的保温绝热材料和优化能源利用具有重要意义。

导热系数检测是评估保温绝热材料导热性能的重要手段。

高温导热系数测定基本原理及设备导热系数是耐火绝热、绝热、保温材料的重要物理参数之一，是材料绝热与保温性能优劣的重要指标。

测定这些材料的导热系数，特别是高温条件下的导热系数，对研究材料性质的现代理论，及深入了解热传导过程的机理，是十分必要的。

导热系数测定装置，是根据付立叶单向度平壁稳定导热过程的基本原理，来测定耐火、绝热和保温材料的高温导热系数。

实践证明，当长度与宽度为厚度的8~10倍以上时，平壁边缘的影响可以忽略不计。

这样的平壁导热可简化为一维导热，这时的导热可以认为只沿厚度（X 轴）方向进行。

见图(1)图（1）单向平壁的一维导热过程示意图 根据付立叶导热方程式写成： dxdTq λ= 【W/m 2】 （1） 将（1）式积分得： )(21T T q -=δλ【W/m 2】 （2） 通过面积A 的热流量Q 为： )(21T T A Q -∙=δλ【W 】 所以： )(21T T A Q -⋅=δλ 【W/(m*k)】 (3)式中：λ——高温导热系数【w/m*k 】q——热流密度【w/m2】A——试件测试区面积【m2】δ——试件厚度【m】T1——试件高温面温度【K】T2——试件低温面温度【K】因此只要在实验过程中测定了T1，T2和Q，并已知试件的厚度δ和测量面积A，就可以通过式（3）计算出被测材料在平均温度【（T1+T2）/2】下的导热系数。

测定装置测定装置主要由单方向加热炉、控温系统和蒸汽量热装置等三部分组成。

1，单方向加热炉加热炉由经过处理的硅碳棒作发热体；炉衬用耐火，耐热的保温材料砌成；在炉腔底部放置碳化硅板作为均热板。

均热板的中心处从下面伸出一热电偶，用来测量试件高温面的温度，均热板上面放置被测试件，试件上面中心处放置一个热电偶，用来测量试件低温面的温度。

试件四中设有耐火耐热保温材料的衬环。

2，加热炉由数字温度控制器和可控硅等组成的控温系统来进行加热和控温。

3，量热装置主要由量热筒、恒温筒、保温筒、设有隔热环及汽体浮化膜的地盘和汽水分离器等组成（见图2）。