传热学实验指导书

精品文档---下载后可任意编辑一、实验目的1、巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的热导率的方法。2、确定热导率和温度之间的函数关系。二、实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为 W/(m·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。设有一空心球体，若内外表面的温度各为 t1和 t2并维持不变，根据傅立叶导热定律：φ=−λA dtdr =−4 πr2 λ dtdr （1）边界条件r=r1t时 =t1r=r2t时 =t2 （2）1、若 λ= 常数，则由（1）（2）式求得φ=4 πλr1r2(t1−t2)r2−r1=2πλ d1 d2(t1−t2)d2−d1[W]λ=φ(d2−d1)2πd1d2(t1−t2) [W/(m·K)] (3)2、若 λ≠常数，（1）式变为φ=−4πr 2 λ(t ) dtdr （4）由（4）式，得φ∫r1r 2dr4 πr2 =−∫t1t2λ(t )dt将上式右侧分子分母同乘以（t2－t1），得φ∫r1r 2dr4 πr2 =−∫t1t2λ(t )dtt2−t1(t 2−t1) (5)式中∫t1t 2λ(t)dtt 2−t 1项显然就是 λ 在 t1和 t2范围内的积分平均值，用表示即λm=∫t1t 2λ(t )dtt 2−t 1，工程计算中，材料的热导率对温度的依变关系一般按线性关系处理，即λ=λ0(1+bt )。因此，λm=∫t1t 2λ0(1+bt )dtt2−t1=λ0[1+ b2 (t1+t2)]。这时，(5)式变为λm=φ(t 1−t 2)∫r1r2dr4 πr2 =φ(d2−d1)2 πd1d2(t 1−t 2) [W/(m·K)] （6）式中，为实验材料在平均温度tm=12(t1+t2)下的热导率，为稳态时球体壁面的导热量，t1、t2分别为内外球壁的温度，d1、d2分别为球壁的内外直径。实验时，应测出t1、t2和，并测出d1、d2，然后由（3）或（6）得出。假如需要求得 λ 和 t 之间的变化关系，则必须测定不同下的值，由λm1=λ0(1+btm1)λm2=λ0(1+btm 2)（7）可求的λ0、b值，得出 λ 和 t 之间的关系式λ=λ0(1+bt )。三、实验设备导热仪本体结构和测量系统如图 1-1 所示。本体有两个很薄的铜制同心球壳 1 和 2 组成。内球壳外径为d1，外球壳外径为 d2，在两球壳之间均匀填满粒状材料（如砂子、珍珠岩、石棉灰等）。内壳中装有电加热器，它产生的热量将通过粒状材料导至外壳，...