常功率平面热源法测定绝热材料的导热系数实验报告

1、试验题目：常功率平面热源法导热系数及热扩散率测试实验实验目的：1. 巩固和深化对非稳态导热理论的理解，更直观地认识非稳态导热过程中温度的变化；2. 学习用常功率平面热源法同时测定绝热材料的导热系数入和热扩散率a的实验方法和技能；3. 掌握获得非稳态温度场的方法；4. 加深理解导热系数入和热扩散率a对温度场的影响。二*实验装置及原理试村、,的材料相同"其厚度分别为g§和商十乳试柳的长宽是.厚度的经倍u试村口和二之间族置一亍均匀的平面加热片“电加热片用直流稳压电源供电°在试村的上、下表面中间分别装有铜一康铜热电偶2和热电洞.甲以测试试材口上，下表面的温度冉利S热电谓3

2、和热电偶4则分别用来测试试材的上老面温度氐和试制閔下表面温度如由于采用对称加热面方法，平面热源的加热功率宾际为总加热功率的一半単侧热流密度彌为:式中L口为加热电压：/?为加热片电阻I图1实验装置及原理图在初始富度阳分布均匀的半无限大的物体中T从厂=0起r半无限板据非稳态导热过程的基本理沦.大的物体表面(即图1中x=0的平面)受均匀分布的平面热源少(Wm:)的作用、在常物性条件下.离表面工处的覗升如-姑为:,把吩g代表变量子的高斯课差补函数（川附表门的一次积分.即:T>0T但工=0时"ierfc(O)=-=于星由式（2）可知如果分别测定口时x=0处，与rffiJx=x,处的洞升*

3、根据式（2）和式©、令0=缢f健谏本实验中，可以统一将q和耳取为同一时刻即T.-7于是.由已駆定的建0可以求岀ierfc从数学函数表可踰定自变量:'2忌的值从而计算出相应于该测试温度范围*廻的平均温度2*（珀迢十.旳）时的热扩散率灯为二一讨町°第77将材的值代入试.,可求出试材的导热系数;i为W/mKC6)四、实验报告1. 绘制实验装置系统简图2. 根据实验过程中计算机采集到的原始数据，计算T=480s到720s（间隔30s）的导热系数入和热扩散率a;原始数据：X0.0167m,P=0.66000.6583W,加热片直径d=5cmF=pi*dA2/4采用平均温度t0

4、=21.0750C作为初始温度t1和t2分别测量x=0和x=x1处的温度。t4是试材另一面的温度，实验过程中，t3与t4应该无明显变化，即热量还没有传到试材的另一面，试材可以认为是半无限大物体。对上述数据取t=480s到720s（间隔30s）处理如下：时间/ST1/CT2/CT3/CT4/Ciercf(§)§a入48031.322.421.122.70.12960.07310.87651.4591E-070.0775151031.822.621.322.70.14220.08020.84471.4250E-070.0752754032.222.621.222.70.1371

5、0.07730.85731.3260E-070.0720357032.522.721.222.70.14220.08020.84461.2751E-070.0706760033.022.921.322.80.15300.08630.81911.2491E-070.0687563033.323.021.222.80.15750.08880.80911.2043E-070.0674766033.623.121.322.80.16170.09120.79981.1629E-070.0662469033.923.121.122.70.15790.08910.80821.1008E-070.064357

6、2034.223.221.222.70.16190.09130.79931.0667E-070.063233. 根据实验结果画图：对于整个实验数据处理如下实验过程中，t3与t4无明显变化，按无限大平板计算。时间/sT1/CT2/CT3/CT4/Ciercf(§)§a入023.021.221.022.30.0650.0371.0990.00E+000.0006024.921.421.122.50.0850.0481.0151.01E-060.19312026.321.521.122.40.0810.0461.0294.97E-070.14018027.621.721.022.

7、50.0960.0540.9773.49E-070.11524028.721.821.022.40.0950.0540.9792.61E-070.09830029.721.920.922.40.0960.0540.9772.09E-070.08736030.722.221.122.60.1170.0660.9111.87E-070.08142031.822.621.322.70.1420.0800.8451.73E-070.07548032.522.721.222.70.1420.0800.8451.51E-070.07154033.323.021.322.80.1570.0890.8091.

8、41E-070.06760033.923.121.222.70.1580.0890.8081.27E-070.06466034.523.221.122.70.1580.0890.8071.15E-070.06272035.223.521.122.90.1720.0970.7791.10E-070.06078035.823.721.422.90.1780.1010.7651.03E-070.058平均：a=2.45e-7入=0.090(1)热源温度t1和距热源x1处温度t2随时间t的变化关系曲线;t1,t2T关系曲线c°猿温T1/C。T-T2/C01002003004005006007

9、00800900时间/s导热系数入随时间T的变化曲线;导温系数一时间关系曲线0.250100200300400500600700800900时间/S2515O丄oQoO如系温导3）热扩散率a随时间t的变化曲线。热扩散率时间关系曲线率散扩热1.20E061.00E068.00E076.00E074.00E072.00E070100200300400500600700800900时间/S结合物性和导热机理对（2）和（3）的变化规律进行分析；九分析：a与入有如下关系：a二，并且比热容c不随温度变化，固体密度p不随温度变Pc化，所以ag，所以两个图中。和九有相同的变化规律，上面两个图形基本能反映这个规

10、律。导热系数和物质的种类、温度、压力等因素有关。对于绝热材料，则和温度、含湿率、容重、松散材料的颗粒度、热流方向和填充气体等有关。本实验中，为了减少接触面上的热阻，在绝热材料的上方放了铁块，会增加压力。由于在刚开始的时候，没有达到稳态，导热系数和导温系数一直下降，开始时候温度较低，散热少而实验过程中没有考虑散热，后来温度上升，由于实验处于开放环境，与环境换热量增加所以导热系数一直下降，在下降到一定温度后，一方面系统达到稳态，另一方面换热量趋于定值，所以导热系数下降趋势减缓，开始趋于稳定。4. 根据半无限大物体非稳态导热理论解,结合实验条件（x1,qO,T等参数均取本次实验值）,作图分析入和a值

11、对非稳态导热过程的影响：入和a取本次实验中平均值。利用MATLAB计算如下tO=（2O.1+21+21+22.2）/4;qO=83.9256;x=16.7e-3;lamda=O.O9;a=2.64e-7;figureholdonylabel（'温度/°C'）;xlabel（时间/s'）;a=a/1O;a=a*1O;fun=(t)2*qO/lamda*sqrt(a*t)*ierfc(x/sqrt(a*t)/2)+tO;t=O:1OOO;y=zeros(1,size(t,2);fori=1:size(t,2)y(i)=fun(t(i);endplot(t,y,'linewidth',2);legend('a/1O','a=2.64e-7','a*1O');set(gca,'fontsize',14)%将其余公共字体设置为14a=a/1OO;(1)固定入，改变a(a取不同的量级)，研究a对t2t温升曲线的影响;201111102004006008001000时间倨由上图可以看出，在入固定不变的时候，x1点的温度t2随时间变化的速率会随a的增加而变大。7060(2)固定a,改变入(入取不同的量级)，研究入对