稳态球体法导热实验指导书

1、r = rt = t11稳态球体法测颗粒状材料的导热系数球体法测材料的导热系数是基于等厚度球状壁的一维稳态导热过程，它特别适合用于颗粒松散材料导热系数的测量。球体导热仪的 构造依球体冷却的不同，可分为空气自由流动冷却和恒温液强制冷却 两种。本实验属后一种恒温水冷却液套球体方式。一、实验原理图1所示球壁的内径直径分别为d和d (半径 TOC o 1-5 h z 12为二和,2)。设球壁的内外表面温度分别维持为 L和七，并稳定不变。将傅里叶导热定理应用于 此球壁的导热过程，得Q =人Fd =一人4兀r2dW (1)drdr边界条件为图1由于在不太大的温度范围内，大多数工程材料的导热系数随温度的变

2、化可按直线关系处理，对式(1)积分并代入边界条件，得Q =丸 d1d2七 x(t t) W (2) TOC o 1-5 h z Q 512或X =Q5.W/mC(3)m 丸 d d t t )1 212式中5 球壁厚度，& =侦-d 2 ）/2，m气一一当t* +。/2时为球壁材料的导热系数。因此，实验时应测出内外球壁的温度，然后可由式得出材料 的导热系数人m测定不同t m下的力值，就可获得导热系数随温度变化的关系式。实验设备导热仪本体结构及测量系统示意图由图2所示本体由两个1.0-1.5mm的不锈钢球壳1和2组成，内球壳外经d外 1球壳内经d，在两球壳之间均匀充填颗粒状散料。d为180mm，

3、d为 22150mm，故充填材料厚为65mm左右，内壳中装有电加热器，它产生 的热量将通过球壁、充填材料导至外球壳。为使内外球壳同心，两球 壳之间有支撑杆。外球壳的散热方式一般有两种：一种是以空气自由流动方式（同时 有辐射）将热量从外壳带走；另一种是外壳加装冷却液套球，套球中 通以恒温水或其他低温液体作为冷却介质。本实验为双层水套球结 构。为使恒温液套球的恒温效果不受外界环境温度的影响，在恒温液 外球内避面上涂有保温材料。保温液套与稳态平板法一样，利用球体 导热仪的设备亦可测量材料的导温系数。三、实验方法及数据处理球壁腔内的试验材料应均匀地充填满整个空腔。充填前注意 测量球壳的直径，充填后应记

4、录被测材料的质量，以便准确记录被测 材料的容积质量 3。装填被测材料还应避免碰断、拽掉内球壳 壁面上的热电偶及电源线，并特别注意保持内外球壳同心。2、启动循环水泵，接通加热器电源，改变电加热器的电压，即 改变热量(通过功率表可观察电压调整的变化)，将随之发生变化， 从而可获得不同t下的导热系数。当环境温度较低时，还可通过改变m恒温水浴温度来改变实验工况。实验应在充分热稳定的条件下记录各 项数据。球体导热系数实验数据表实验物料：黄沙物料厚度：65mm次数热面温度(C)冷面温度(C)加热功率(W)匕，匕，扩Q123平均二2=导热系数（w/m.C）3、由式（3）计算导热系数。将计算结果填在实验数据表

5、格内。4、实验结束后先关闭电加热器电源，再关闭循环泵、仪表。四、注意事项1、长期使用时注意浴缸内水质变化，应保持水的洁净。若长期 不用应将球内、水浴内的水放掉避免水泵、双层球体内结垢影响使 用。再次使用时应将水泵在水中浸泡片刻再通电运行。2、建议电加热器采用间歇式使用方式，可延长其使用寿命。3、热电偶如脱掉应使用焊接法焊在球壳壁面上。4、如更换被测材料，可先装下半球，将上半球卡上后再从填料 口装余下材料。必须注意；谨防热电偶、连线断裂。五、思考题（自选两道思考题）1、试分析试料充填不均匀所产生的影响？2、试分析内外球壳不同心所产生的影响？3、内外球壳之间有支撑杆，试分析这些支撑杆的影响？4、如果用空气自由流动冷却的球体试分析室内空气不平静（有风） 时会产生什么影响？5、采用什么方法来判断、检查球体导热过程已达热稳定状态。6、采用恒温液套球时为什么可以把恒温液的温度当作外球壳的表面 温度？7、球体导热仪在计算导热量时，是否需要考虑热损失的问题？8、对于以空气自由流动冷却的球体，试按测得的数据，计算圆球