1、精選文檔非穩(wěn)態(tài)（準穩(wěn)態(tài)）法測材料的導熱性能一、實驗目的測量絕熱材料（不良導體）的導熱系數(shù)和比熱、掌握其測試原理和方法。二、實驗原理本實驗是根據(jù)第二類邊界條件，無限大平板的導熱問題來設計的。設平板厚度為2，初始溫度為t0，平板兩面受恒定的熱流密度qc均勻加熱（見圖1）。求任何瞬間沿平板厚度方向的溫度分布t(x，)。導熱微分方程式、初始條件和第二類邊界條件如下：時, x=0處， 處， 方程的解為： （1）式中：時間(s)； 平板的導熱系數(shù)(w/m)；平板的導熱系數(shù)(m2/s)； n=1，2，3，；F0 傅立葉準則； t0初始溫度()；沿x方向從端面向平板加熱的恒定熱流密度(w/m2)；隨著時間的延

2、長，F(xiàn)0數(shù)變大，式（1）中級數(shù)和項愈小。當F00.5時，級數(shù)和項變得很小，可以忽略，式（1）變成： （2）由此可見，當F00.5后，平板各處溫度和時間成線性關系，溫度隨時間變化的速率是常數(shù)，并且到處相同。這種狀態(tài)稱為準穩(wěn)態(tài)。在準態(tài)時，平板中心面x=0處的溫度為：平板加熱面x=處為： （3）此兩面的溫差為：如已知qc和，再測出t，就可以由式（3）求出導熱系數(shù)： （4）實際上，無限大平板是無法實現(xiàn)的，實驗總是用有限尺寸的試件。一般可認為，試件的橫向尺寸為厚度的6倍以上時，兩側(cè)散熱試件中心的溫度影響可以忽略不計。試件兩端面中心處的溫度差就等于無限大平板兩端面的溫度差。根據(jù)勢平衡原理，在準態(tài)時，有下列

3、關系：式中：F為試件的橫截面(m2)；C為試件的比熱(J/kg)；為試件的密度(kg/m3)，1200 kg/m3；為準穩(wěn)態(tài)時的溫升速率(/s)；由上式可得比熱： 實驗時，以試件中心處為準。三、實驗裝置（圖2）按上述理論及物理模型設計的實驗裝置如圖2所示，說明如下：1試件試件尺寸為200mm200mm，共四塊，尺寸完全相同，=10mm。每塊試件上下面要平齊，表面要平整。2）加熱器采用高電阻康銅箔平面加熱器，康銅箔厚度僅為20m，加上保護箔的絕緣薄膜，總共只有70m。其電阻值穩(wěn)定，在0-100范圍內(nèi)幾乎不變。加熱器的面積和試件的端面積相同，也是200mm200mm的正方形。兩個加熱器的電阻值應盡

4、量相同，相差應在0.1%以內(nèi)。3）絕熱層用導熱系數(shù)比試件小的材料作絕熱層，力求減少熱量通過，使試件1、4與絕熱層的接觸面接近絕熱。這樣，可假定式（4）中的熱量qc等于加熱器發(fā)出熱量的0.5倍。4）熱電偶利用熱電偶測量試件2兩面的溫度及試件2、3接觸面中心處的溫升速率。實驗時，將四個試件齊迭放在一起，分別在試件1和2及試件3和4之間放入加熱器1和2，試件和加熱器要對齊，溫度傳感器的放置如圖2。 四、實驗步驟（見PC機界面說明）1、用卡尺測量試件的尺寸：面積F和厚度。2、按圖2放好試件、加熱器和溫度傳感器，接通電源。3、接通電源，給加熱器通以恒定電流，（實驗過程中，電流不允許變化），同時啟動秒表，每隔一分鐘記錄試件2兩側(cè)熱電勢（由熱電勢查溫度值），經(jīng)一段時間后（隨所測材料而不同，一般在10-20分鐘）系統(tǒng)進入準穩(wěn)態(tài)。4、第一次實驗結(jié)束，將加熱器開關K切斷，取下試件及加熱器，用電扇將加熱器吹涼，待其和室溫平衡后才能繼續(xù)作下一次實驗。但試件不能連續(xù)做實驗，必須經(jīng)過四小時以上放置，使其冷卻至與室溫平衡后，才能再作下一次實驗。5、實驗全部結(jié)束后，必須切斷電源，一切恢復原狀。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理試件截面尺寸F：0.20.2 試件厚度：0.01 m試件材料密度=1200 /m3 加熱功率P： w時間分0123456熱電勢mV1234時間分7891011121