圆球法测量导热系数

球法测定材料导热系数一、 目的在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系U0(1+bt)二、 原理TOC\o"1-5"\h\z本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数入。设有一空心球体，球的内表面直径禹，外表面直径为d2,壁一d-d,一. ，，，、厚8=土％，如果内、外表面的温度维持不变，并等于^和七2，则根据傅立叶定律得\o"CurrentDocument"八2林t-1) 、dd …、Q=―]1]2,=就田-，2)-^ (1) — dd移项得— —=心 (2)ndd(t—t)ndd(t—t)12 1 2 12 1 2式中：I为电热器的工作电流U为电热器的工作电压；X为试验材料在温度t=土虹时的导热系数。2如果需要求得X和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值％、x2、x3・・・x及其对应的mt2、顷弋在坐标•Li n.纸上绘出其坐标位置，如下图所示。导热系数与温度间关系绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式X=X0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于Mt)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。三、实验装置本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为4，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见下表：球体结构的尺寸球号d1mmd2mmdmm180.0160.0163.0280.0160.0163.0380.0160.0163.0480.0160.0163.0内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据米集系统。在两个球壳之间填装需要测试的材料：颗粒度分布均匀的干黄砂。当整个实验系统达到稳定传热后，由电加热器在单位时间所产生的热量Q=IU瓦，将全部通过中间的黄砂层而传给外球铜壳，然后再通过外表面与空气之间的自然对流而传给空气。由于内外球壳表面的温度略有不同，因此内球壳的表面是在顶部附近设置热电偶ta，在底部附近设置热电偶\，通过加权平均取得球壳表面的平均温度t1。同理外球壳的表面是在顶部热电偶tc，在底部附近设置热电偶td，通过加权平均取得球壳表面的平均温度t2。然后通过变送器将数据送入数据采集系统。检验实验球体达到稳态的标志是：各对热电偶的电位差计的读数不再随时间而改变。四个圆球在实验进行期间必须远离任何热源，并放置在空气温度较稳定的房间内，而且避免干扰圆球气流的种种因素。四、实验步骤闭合电闸开始加热，并调节所需的功率，使四个球体分别处于四种不同的温度状态下，然后等待整个系统达到稳定。打开计算机电源，进入数据采集系统画面。有三个按钮，实验者进入、指导教师进入|、退出系统|。按图示按钮进入实验。进入实验系统，有一个对话框。需要输入实验者的姓名、班级、指导教师，以及实验选择。请选择A粒状材料的导热系数实验。然后按确定按钮后，进入实验画面。进入实验画面后，画面底部有一排软按钮。实验者应该先按数据采集按钮，系统就进入数据采集状态。此时屏幕上会显示实验装置上所有数据。若认为数据可靠，即可按存盘键保存数据。然后按数据处理按钮，将所以实验数据经过简单处理后，以表格形式提供给实验者。同时还可以查看实验数据处理后的回归曲线（只提供定性趋势，不提供定量分析）。实验数据记录表内球外径d1：80 班级：外球内径d2：160 姓名：球号内球外表面温度（°C）表面温度t1外球内表面温度（C）表面温度t2电压U电流ItatbtctdIIIIIIW

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"空气温度tf= °C计算结果汇总表序号平均温度C导热系数入W/m・C总放热系数aW/m・C12346.退出实验系统。TOC\o"1-5"\h\z五、 实验装置简图(如下图)六、 实验数据的处理将各球的实验数据代入下式进行计算：\o"CurrentDocument". IU8人 ndd(t-1)12 1 2可以求得干黄砂在四个温度下的导热系数X值，并填入下表1。表1序号平均温度C导热系数XW/m2C总换热系数aW/mC1234

用图解法来求得X与t之间的经验公式仕扁（1+bt）中的扁和温度系数b。IU用下列公式IUQ

a=wFAt冗d2（t2-七）来确定球外表面与空气之间的总换热系数，所谓总换热系数计对流换热系数和辐射换热系数的总和。七、实验报告内容实验装置简图；实验记录；实验数据的处理；试回答和讨论下列一些问题：（1） 为什么球壳下部的温度没有上部高？（2