多孔状绝热材料导热系数随温度变化经验公式的确定.doc

多孔状绝热材料导热系数随温度变化经验公式的确定第lO卷第2期九连铁道学院VoL10No.21989ff6月JOURNALOFDALIANINSTITUTEOFRAILWAYTECHNOLOGYIu.1989多孔状绝热材料导热系数随温度变化经验公式的确定于维勋刘兵(热工教研室摘要本文通过理论分析和实验研究,得出了多孔状绝热材料导热系数随温度变化的规律,给出了准确确定其导热系数随温度变化经验公式的方浩.提出可用复相关系数和剩余标准差控制实验及经验公式的精度.关键词:保温;保温材料;热传导系数/多孔绝热材料;复相关系数;剩余标准差最近几年,我国在新型绝热材料研制方面取得可喜的成果,各种新型绝热材料相继出现例如:泡沫玻璃,泡沫聚氮酯,各种碜珠岩矗尊.这些绝热材料都囊于多孔状材料,准确的测量这类材料的导热系数和正确确定其导热量敷随温度变化的经I龟公式,对于新型材料的研究与生产,改进材料的导热性能,以及设计和使甩部门合理选材,节省能潭有重要的指导意义.近年来,国内一些单位研制了不同粪型(稳态,非稳态)测量物体导热系数的装置.为准确测量多孔状绝热材料提供了保证.但在确定多孔状绝热材料导热系数随温度变化经验公式时,大都采用导热系数随沮度变化的直线关系式拟合赛摹l赢.实验证明,多孔状绝热材料导热系数随温度变化符合曲线关系,用直线关系式拟耆赛奠点得出的经验公式用于计算将产生很大的误差.本文通过实验研究和理论分析得出了多孔牧蟪#辫导热系数随沮度变化的规律,并给出确定其导热系数随温度变化经验公式的方谤.1实验及结果分析以大连市质量检验所提供的泡沫玻璃为侧进行实验和分析.泡沫玻璃导热系数的测定在自行研制的自动控制单向稳定导热平板导热仪上进行r该导热仪于l984年通过市级技术鉴定.其测量精度高于2霸).测试结果通过微机进行数据处理,结果见附表.其中(a)为用最小二乘法拟合的导热系数随温度变化的直线关系式;【b)为实验值与(a)得出的计算值的平均偏差;(C)为用最小二乘法拟合的导热系数随温度变化的曲线关系式;td)为实验值与用(d)得出的计算值的平均偏差.女1987l0月5日收到附表泡沫玻璃导热系数实验数据爰结果洼,泡丰玻璃的窑量P=135/m厚度为0.0185m.导热面积为0.00833m.由(b,可知,采用导热系数随温度变化直线关系式拟台实验点,其实验值与经验公式计算值的平均偏差太大,为11.II%.这说明如采用经验公式(a)计算不同温度下的导热系数将产生很大的误差.由(c)可知.采用导热系数随温度变化曲线关系式拟舍实验点,其实验值与经验公式计算值的平均偏羞为3.11qo.这说明,采用经验公式(c)计算不同温度下的导热系数符合实验情况,计算值比较准确.经过对多种多孔状绝热材料的实验表明.其导热系数随温度变化成曲线关系是共同规律.因此.多孔状绝热材料导热系数随温度变化的关系式应该采用曲线关系式.斟1是由微机画出的泡沫玻璃导热系数随温度变化的关系曲线.其中,1是用导热系数随温度变化的直线关系式拟台的直线;2是用导热系数随温度变化的曲线关系式拟台的曲线,由此可看出,曲线比直线更接近实验点,且导热系数随温度变化的Tf图1泡沫玻璃导热系数随温度的蹙化42速率.在温度较低端比温度较高端大,这是多孔状绝热材料导热系数随温度变化的另一个共同规律.因此,在较低温度下测试多孔状材料导热系数,确定其导热系数随温度变化关系时采用曲线关系式更为合理采用直线关系式将出现很大的误差.例如,从附表看出,一2317C时泡沫玻璃导热系数的实验值为00304w/mC.通过曲线关系式计算值为00306WireC,它和实验值的相对偏差仅为0.653%而通过直线关系式计算值则为0.0454W/m?.与实验值的相对偏差高达33.面最近几年,国外及国内某些单位对所谓的标准试样进行了导热系数的对比实验,结果相对偏差很大其原因除了实验装置测试精度等级不同外,就是没有明确采用什么关系式确定某一特定温度下的导热系数.如有的采用实验值,有的则采用不同温度范围内不同关系式的经验公式计算值.对于多孔状绝热材料导热系数的对比实验,在一定温度范围内,导热系数随温度变化曲线关系式的计算值是正确的.多孔状绝热材料孔隙中的气体处于止状态,其导热能力很差,对阻碍热流的运动起着决定性作用.多孔状绝热材料孔隙中的气体是靠气体分子无规则运动传递动能实现导热的,由于气体分子间的距离远比液体和固体分子间距离大得多,在相同的温度条件下,传递的分子动能比液体和固体小得多,其导热性能差,导热系数小,所以多孔状绝热材料导热系数的值小.理论分析表明,单原子稀薄静止气体的导热系数与其绝对温度的平方根成正比,而与它的分子质量的平方根成反比.温度变化时,气体分子质量保持不变可以断定,气体导热系数随温度的变化曲线是二次抛物线的一部分,变化的速率随着温度的增高而减慢.泡沫玻璃孔隙中虽然不是单原子气体,但是,实验表明,它的导热系数随温度变化的曩系符合单原子稀薄静止气庠的情况.实验时,本文应用二次抛物线拟合实验点,得出附表中的经验公式(c),其计算值与实验值的平均偏差就很小.多孔状绝热材料孔隙以外的部分是非导体材料.它们的导热系数随温度变化近似直线关系.虽然孔外部分材料导热系数值在多孔状终热树忡对阻碍热流运动不起决定性作用,但本文考虑它的影响,在确定多孔状绝热材料导热系数随温度变化的经验公式时,采用一元,ff次多项式,即=c.+c71+c+c71.2多孔状绝热材料导热系数随温度变化经验公式的确定本文利用试验数据(T,),(711,Y2),(71T)来确定经验公式Y=C.+C,71+C2r+C.7由最小二私可知.经验公式中的系数C,G,.C是下列方程组的解vCoN+C,J+c+荨Tfv+G=+c+clr?7_Nco,+G.+.+采用消元法解此方程组得到Co.C一,C,即可求出经验公式.求得经验公式之后,还应检验它与试验数据拟台的怎样.是否满足精度要求.为此,需要计算复相关系数:R=剩余标准羞:=(I=面=_rT式中:Q=y一(Y,)/:l;t一InNNNP=C,(71y一(71y)/当R值接近1时,表明经验公式与试验数据拟台的好.R值越大,经验公式越好:值越小.经验公式的精度越高.根据上述原理,本文编制了确定导热系数随温度变化的BASIC程序,其程序框图如图2.3确定经验公式的实例43/瞳善直敬D/和?lf=1.2N?.用消t.iJi.(/,./图2确定导热系数R萤缸度变化的程序框图1)泡沫聚氨酯.容重:39.35kg/m;生产单位:大连聚氨酯保温材料厂C0=.0lgl233Cl=1.27l83E一05C2=1.2g345E一06Y=.1gl233+1.27183E一05车T+1.2934SE一6丰T2R=.gg0725S=1.10646E一03公式使用的温度范围:一8100.C2)硅酸铝纤维制品.容重:239.35kg/m;生产单位:大连耐火材料厂.公式使用的温度范臣0500C.4结束语C0=.555238CL=1.33544E一04YC2=.-5.93523lE.-804一.一3E一08一一2555238+30544ET59352IY.1.一日4一?了E一事一R:.99g781S;4.352lE一041,实验衽1犟论分析表明.多孔状绝热材料导热系数随温度变化的经验公式采用一元次多顼式是可目1jt确的,且考虑综合困素影响.取n3为宜.2)=Co+ct7.+cz71:+c71不仅适用于多孔状绝热材料,对夹带空气的纤维状绝热材料同样适用,对其它导热系数随温度变化接近线性关系的物体也适用,这时取n=1.3)本文设计的一元次多项式回归程序可以准确确定实验温度范围内某一特定温度下的导热系数.经验公式的准确程度可用复相关系数和剩铺准差来衡量.参考文献l山东工学院.传热学.北京:人民教育出版杜,19792于维勋,吕德山.基本传热实验友实验数据的计算机处理大连铁道学院,19873程云鹏,聂铁军.线性代数?计算机方法.北京:国防工业出版杜,19804李儡碚.实验的数学处理.北京:科学出版杜.1980D_l_啊晒鼍fh|i.dFmulaoflhecnmlCanducmivltyc.ofMultiholeHeatInealallonMaterimls,mlthTempelureCha帕i啕W/xm&gAbmlTad0nthebasofthetheorydtheanalysisoftheexperimenlalmsuhsthelawofnermalconductivitycoefficientsisobtainedofmu1h0kheatinsulationmaterkalswithtemperatulechangingthemethodisprovidedbywhichtheemriricalformulaofthethermalconductivitycoefficienofmultiholeheatinsulationmaterialsisaccuralydetermtnated,andthewaY0rcontrollingtheexperimentationandtheprecision0fempiricalfoFmulaisalsoprovidedwiththemultiplec0rrelafioncoeffi