实验四：稳态平板法测定绝热材料导热系数

1、实验四稳态平板法测保温绝热材料的热导率入、实验目的1、巩固和深化稳态导热进程的大体理论，学习用平板法测绝热材料热导率的实验方式和技 术2、测定实验材料的热导率3、确信实验材料热导率与温度的转变关系二、实验原理热导率是表征材料导热能力的物理量。对不同的材料，热导率各不相同；对同种材料，热导 率会随温度、压力、含湿量、物质的结构和密度等因素而不同。各类材料的热导率都是采纳实验 方式来测定的，若是别离考虑不同因素的阻碍，就需要对各类因素加以实验，往往不能只在一种 实验设备上进行。稳态平板法是应用一维稳态导热进程的大体原理来测定材料热导率的方式，能 够用来测定材料的热导率及其与温度的转变关系。实验设备

2、是依照在一维稳态情形下通过平板的导热量Q和平板两面的温差At成正比，与平 板的厚度成反比5,与热导率入成正比的关系来设计的。由一维稳态理论，通过薄壁平板(壁厚小于十分之一壁长与壁宽)的稳态导热量为：Q = .A 竺y 5测试时，若是能够测得平板两面的温差At=tR-tL、平板厚度5、垂直热流方向的导热面积A 和通过平板的热流量Q，即可依照下式计算得出热导率入：W/m.C岸 5At A上式计算得出的热导率是那时平均温度下材料的热导率值，此平均温度为:C-1 z 、t = 2、+)_在不同的温度和温差条件下测出相应的热导率入，将入值标在入一t坐标图内，就可得出入 =f(t)的关系曲线。三、实验装置

3、及测量仪表稳态平板法测绝热材料热导率的实验装置如图1和图2所示。被实验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积300 x300mm2,实际导热计算面积A为200 x200mm2，板的厚度为5 mm。平板试件被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面辅加热器口下水套热电偶 3冷却水进主热电偶（下）1辅加热器A主热电偶（上）冷却水进匚匚辅加热器出口（下）上水套热电彳主加热器”辅热电傀Tft.辅热电傀辅加热器图1实验台主体示用意（循环冷却水的水箱与水泵未示出）之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实 现对上、下试件热面的加热，上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却

4、水（或通以自来水）来 实现。中间200X200mm2部位上安设的加热器为主加热器。为使主加热器的热量能全数单向通 过上下两个试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器周围（即200X200mm2之外的四侧）设 有四个辅助加热器（1-4），利用专用的温度跟踪操纵器使主加热器之外的周围维持与中间主加热 器的温度一致，以避免热量向旁侧散失。主加热器的中心温度t1（或t2）和水套冷面中心温度t3（或 t4）用四个热电偶（埋设在铜板上）来测量；辅助加热器1和辅加热器2的热面也别离设置两个辅 热电偶t5和t6 （埋设在铜板的相应位置上），其中一个辅热电偶t5或t6接到温度跟踪操纵器上， 与主加热器中心接来的主

5、热电偶t2或t1的温度信号比较，通过温度跟踪器使全数辅助加热器都 跟踪到与主加热器的温度相一致。而在实验进行时，能够通过热电偶t1 （或t2）和热电偶t3（或 t4）测量出一个试件的两个表面的中心温度。也能够再测量一个辅热电偶的温度，以便于主热电 偶的温度相较较，从而了解主、辅加热器的操纵与跟踪情形。温度是利用数显仪表和转换开关来 测量的。主加热器的电功率使用电功率表来测量。图2实验台的电路联图附实验台要紧参数实验材料：2.试件外型尺寸：300 x300mm将两个平板试件认真地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板周密接触，不该有 间隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压必然的

6、重物，以使它 们都能紧密接触。 联接和认真检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源；而 四个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路（实验台上己联接好），并按图2所示 联接到辅加热器电源上和跟踪操纵器上。电压表和电流表（或电功率表）应按要求接 入电路。将主热电偶之一 1 （或2 ）接到跟踪操纵器面板上左侧的主热电偶接线柱上， 而将辅热电偶之一 5 （或6 ）接到跟踪操纵器上的相应接线柱上。把主热电偶1（或 2 ）、水套冷面热电偶（或4 ）和辅热电偶5 （或6 ）都接到热电偶转换开关 上，转换开关与电位差计的“未知”相接。 导热计算面积A： 200 x200mm2（即主加热器的

7、面积） 试件厚度&（实测）主加热器电阻值：Q 辅加热器（每一个）电阻值：Q热电偶材料：镍铬一镍硅试件最高加热温度： 80C四、实验方式和步骤3、检查冷却水水泵及其通路可否正常工作，各热电偶是不是正常完好，校正电位差计的 零位。4、接通加热器电源，并调剂到合在的电压，开始加温，同时开启温度跟踪操纵器。在加 温进程中，可通过各测温点的测量来操纵和了解加热情形。开始时，可先不启动冷水 泵，待试件的热面温度达到必然水平后，再启动水泵（或接通自来水），向上下水套 通入冷却水。实验通过一段时刻后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳固。在这 进程中能够适当调剂上加热器电源、辅加热器电源的电压，使其更快或更利

8、于达到稳 固状态。待温度大体稳固后，就能够够每隔一段时刻进行一次电功率W读数记录和温 度测量，从而取得稳固的测试结果。5、一个工况实验后，能够将设备调到另一工况，即调剂主加热器功率后，再按上述方式 进行测试，取得另一工况的稳固测试结果。调剂的电功率不宜过大，一样在510w 为宜。6、依如实验要求，进行多次工况的测试。（工况以从低温到高温为宜）。7、测试终止后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，通过10分钟左右后再关闭水泵（或 停放自来水）。五、实验结果处置实验数据取实验进入稳固状态后的持续三次稳固结果的平均值。导热量（即主加热器的电 功率）： TOC o 1-5 h z Q=W （或IV）WW一

9、主加热器的电功率值WI 一主加热器的电流值AV一主加热器的电压值V由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件1和试件2）传导，因此11.、1Q = Q2 = 2Q = w（或 =万1 V）w试件两面的温差：z tR tCtR 一试件的热面温度（即t或t2 ） C tL 一试件的冷面温度（即t3或t4 ） C 平均温度为-1t 2（tR + tL）C平均温度为t时的热导率：将不同平均温度下测定的材料热导率在入一t坐标中得出入一t的关系曲线，并求出入=f(t)的关系 式。六、实验测试与实验报告举例实验装置电路连接图1、实验台电路连接图2、实验记录试验材料试件外型尺寸试件导热面积试件厚度8:聚氯

10、乙烯:300 X 300mm2:200X200 mm2 （即主加热器面积）:15mm主加热器电阻值：100Q辅加热器电阻值：4 X 25Q热电偶材料：镍铭镍硅注tR,tL为热电偶用电位差计测出的毫伏数换算出的读数温度。实际温度=读数温度+环境温度实验记录表测读时间时分试件中心位置热面温度tRU)试件中心位置冷面温度tl (C)At = t tR L(C):备注10： 00试验最后10： 30室温 :11： 0022 C11： 30冷却水12： 00温：27 C12： 3013： 0013： 3014： 0014： 3015： 0015： 3016： 0016： 30163、实验结果处置取实验记录中最后四点稳固的I