正规法测定物体的导热系数

专业：___化工1101____专业：___化工1101____姓名：_____梁昊_____学号：___3110000442__日期：________________地点：________________课程名称：________过程工程原理实验_______指导老师：__叶向群________成绩：__________________实验名称：___正规状况法测定材料的导温系数_____实验类型：___________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得装订线一、实验目的装订线1、掌握正规状况法测定材料导温系数的原理和方法。2、了解热电偶的测温原理，正确使用平衡记录仪。二、实验原理半径R长2b的圆柱体初始温度均匀分布，突然将它浸入内有强烈搅拌且温度为（）的水浴中，考察柱体内各点温度的变化规律。这是第三类边界条件下的二维不稳定导热问题，其温度解可以分解成半径为R的无限长圆柱和厚度为2b的无限大平板这两个一维不稳定导热解的组合，即：（1）式中，为无因次过余温度。下标c、p分别代表无限长圆柱和有限厚的无限大平板，其温度分布、具有如下相同的形式：（2）其中对于无限长圆柱：（3）（4）（5）（6）对无限长平板：（7）（8）（9）（10）式中F0——傅立叶数a——导热系数J0、J1——0阶、1阶Bessel函数Bi——毕渥数（=导热热阻/对流热阻）——时间，s表示导热热阻占主导地位，对流热阻可以忽略，这样第三类边界条件就转化为第一类边界条件。从式（6），（10）可得的前四个解分别为：圆柱2.4055.5208.65311.792平板π/23π/25π/27π/2当时间τ达到一定值后，，略去式（2）中第一项以后各项所带来的误差不大于1%，我们称这个阶段为不稳定导热的正规状况。对于形体中心点（R=0，x=0），从式（1）、（2）得：（11）（12）C为常数。对式（11）两边去对数得（13）可见是直线关系，由斜率m值可以求得材料的导温系数a。三、实验步骤1、按通加热电源，开启搅拌浆。调节继电器来控制恒温水浴温度，预热记录仪。2、待温度计示数稳定时，开启记录仪。等基线中走直后记录下温度计读数。然后将被测元件迅速放入恒温水浴中（注意不要拉热电偶的连接线，不得用力过猛，以免损坏细小的热电偶导线），同时用记录仪记录E（mV）～τ关系，直至E（mV）读数很小，趋于稳定。同时记录下此时的走纸速度及记录仪的量程。3、实验结束后关闭恒温水浴系统及记录仪。四、实验数据处理和分析走纸速度：600mm/h，水浴温度：46.5℃，元件规格：Φ40×40，量程：5mV表一τ/sE/mV（T∞-T）/℃ln（T∞-T）τ/sE/mV（T∞-T）/℃ln（T∞-T）300.48511.2792.4232400.2155.0001.609600.45010.4652.3482700.1854.3021.459900.4059.4192.2433000.1553.6051.2821200.3708.6052.1523300.1202.7911.0261500.3257.5582.0233600.1002.3260.8441800.3006.9771.9433900.0751.7440.5562100.2505.8141.7604200.0501.1630.151图一图二由图二可以看出，越往后，其实t与ln(T∞-T)并不是很严格的直线关系，所以图一只取从t=30s到t=270s来拟合直线方程，放弃了从270s到420s的数据直线方程：y=-0.004x+2.5993，即m=0.004，根据式(12)可得，a=1.94×10-7m2/s实验结果与分析如果从全部点的布局来看，我们可以看出时间对温差的对数其实并不是严格的直线关系，我们可以看到越往后，导温系数（即斜率的绝对值）是在变大的；而对于一个给定的系统来说，导温系数应该是不变的，原因可能如下：测试物体没达到完全冷却，如果物体仍没达到完全冷却，在一开始的温差应该是偏小的，所以一开始直线的斜率会比较平缓，相对来说，往后的斜率就会变大一点（不过这个问题应该不存在，因为纸片上一开始走的是一条直线，说明物体是冷却完全的）我们在物体一放入水浴中就认为物体表面温度就是水浴温度，其实并不是很正确，因为物体升温需要时间，所以，在一开始的一定时间范围内，温差应该也是偏小的，符合实验预期因为温度有波动，从物化实验可以知道，这种通过加热器通断来控温的恒温槽其实温度是有波动的，所以物体表面温度并不是一直是同一个温度，不过这个影响应该是比较小的实验数据需要手动测量并且计算，比如ΔE和t的测量都是靠手动在方格纸上测量，再换算成数值的计算机上处理得出的，这样的数据明显比直接在计算机上通过无纸记录仪处理偏差要大，所以我的建议是实验室可以的话可以像物化实验一样用无纸记录仪来处理实验数据，这样既准确又方便讨论、心得思考题本实验条件下，若不测定T∞可以得到导温系数a吗？答：可以，因为本实验热电偶测量的是温差而不是温度的绝对值，所以可以不测定T∞也可以测得导温系数，不过再整个实验的过程中应尽量保持温度的恒定怎样判断实验试件初温分布均匀？答：一开始先不把物体放入水中，看记录仪画出的线的变化，如果记录仪上一