热物性测量概述

第二章作业2－4已知，一烘箱炉门由两层材料构成2－26比较凸面锥台，圆柱，凹面锥台热量的大小分离变量积分3－4，一内部流动的对流换热实验，用电阻加热器产生热量加热管道内的流体，加热功率为常数，管道可当平壁对待，画出在非稳态加热过程中的温度分布随时间的变化（包括电阻加热器，管壁，及被加热的管内流体），划出四个时刻：初始时刻，稳定状态，两个中间状态。绝热3－19汽轮机启动过程气缸壁的升温过程：看作一维平壁，启动前壁温均匀为t0,启动后蒸汽温度tf=tf0+wt,表面传热系数h为定值，气缸壁外绝热良好。请写出数学描述式。3－28已知：板状钢坯（含碳量0.5％），初温20℃，a=5.55＊10-6m2/s,导热系数按600℃。放在1200℃炉子里单测加热，h=290W/(m2K)，另一侧绝热，求加热到钢板表面温度低于炉温15℃所需的时间，及钢板两表面的温差。3－59（综合分析），大型加热炉炉底厚50mm，初温25℃

，a=5*10-7m2/s,导热系数＝4.0W/(mK),点火后tf=1600℃,h=40W/(m2K),按工艺要求，炉内各表面温度均应加热到1500℃方可投入使用。

求：开始点火到满足这一条件所需时间。*非稳态导热问题求解思路

1）首先，用Bi检验是否满足集总参数法的条件，若性质属于h或δ

未知，可先假设，然后校核；2）若不能用集总参数法，可采用分析解法(诺模图法和近似公式法)；3）若2），1）方法均不能求解，则采用数值解法。

多维非稳态导热问题的求解方法1）是否满足乘积解法的条件；2）合理将一个多维问题分析成几个一维问题。

温度变化最慢的点位于物体的体心或形心；温度变化最快的点位于离物体的体心或形心最远处。*物体内速度变化的规律思考题：1.由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗？答案：由于描述一个导热问题的完整数学描述不仅包括控制方程，还包括定解条件，所以非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中确有可能包括导热系数λ（如第二类和第三类边界条件），因此上述观点不对。2.在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s，从传热学的角度，你认为此值可信么？答案：在一定条件下，ρ,c,V,A可认为是常数，但表面传热系数却与具体的过程有关的过程量，与测温元件安装的具体环境的换热条件有关，因此，对该说明书上标明的时间常数要进行具体分析，不能盲目相信。3.在一无限大平板中心温度(θm/θ0)的莫诺图中（教材图3－7），当λ小时，（λ/hδ）越小，此时其它参数不变时，(θm/θ0)越小，平板中心温度越接近于流体的温度，这说明，λ越小，物体被加热反而温升越快，与事实不符，说出上述分析的错误？答案：当λ越小，a=λ/ρc也越小，此时Fo也越小，因此无法保证图中的Fo数不发生变化。4.一质量m，比热c，比表面积F小型导电体，初始温度t0等于环境温度t∞，以恒定热流加热该导电体，温度逐渐升高，最终达到平衡温度tw，求加热过程中导电体温度随时间的变化关系。对流换热系数h恒定。解法1，通过能量守恒关系解法2，通过导热微分方程小型导电体，忽略热阻，温度与坐标无关5.两块厚度为30mm的无限大平板，初始温度是20℃，分别用铜和钢制成。平板两侧表面的温度突然上升到60℃，试计算使两板中心温度均上升到56℃时两板所需时间之比。铜和钢的热扩散率分别为103＊10－6m2/s,12.9*10-6m2/s。答案：一维非稳态无限大平板内的温度分布有：两种材料达到同样工况时，Bi和x/δ相同(Bi→∞)，要使温度分布相同，则只需Fo相同：6.无内热源，常物性二维导热物体在某一瞬间时的温度分布为t=2y2cosx。试说明该导热物体在x=0,y=1处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低的？答案：热物性测量技术热物性:导热系数、热扩散率、粘度、比热、热膨胀系数已及热辐射性质（发射率、吸收率、反射率）热物性学是交叉学科，主要研究范畴:(1)热物性测试方法和测量装置的研究；(2)热物性在不同状态下的变化规律和影响因素的研究；(3)宏观热物性与微观结构、化学组分、工艺因素关系的研究；(4)热物性机理和微观粒子的运动、碰撞规律的研究；(5)热物性数据库的建立和应用研究。热物性测量技术基本原理:物体无内热源：稳态导热：稳态导热、无内热源：2t=0，即

ExperimentalSetupsforMeasuringConductivity测量方法分类：稳态法绝对法比较法混合法Frobes棒法棒体法平板法棒元体法平板法径向热流法绝对法圆柱体法圆球法(椭球法)同心圆球(圆柱法)D－S平板法比较法同心圆柱体法圆盘法直接电加热法热电法热比较器法纵向热流法圆柱棒法纵向热流法径向热流法细丝近似法矩形棒法非稳态法纵向热流法线热源和探针法周期热流法纵向热流法径向热流法瞬态热流法闪光法径向热流法运动热源法比较法测量方法发展：

1.计算机、红外、激光、微电子、光声技术等广泛的应用，提高了测试的准确度和精度；2.测试功能不断扩大，试样尺寸和体积明显减小，向高速化、自动化、多功能化发展。3.毫秒、微秒技术使测试周期缩短到毫秒和微秒级以内，同时测试温度范围扩大至3000℃以上；4.非破坏性、小型化，手携式快速检测装置和仪器得到了很大的发展，其中有的还兼有对材料和部件进行探伤的功能；5.测试内容也不断拓宽和扩展，目前已涉及到人体、生物和食品。准稳态法测材料的导热性能一、实验目的1、测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热、掌握其测试原理和方法。2、掌握使用热电偶测量温差的方法。二、实验原理第二类边界条件下的无限大平板（对称性）

傅立叶准则；

t0—初始温度(℃)；当Fo0.2时，级数和项变得很小，可以忽略，因此：平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。这种状态称为准稳态。两面的温差为：根据能量平衡原理，在准态时，有下列关系：实验时，以试件中心处为准。三、实验装置1)试件 尺寸为100mm×100mm×δ，共四块，尺寸完全相同，δ=10～16mm。每块试件上下面要平齐，表面要平整。2）加热器 高电阻康铜箔平面加热器，康铜箔厚度仅为20μm，加上保护箔的绝缘薄膜，总共只有70μm。其电阻值稳定，在0—100℃范围内几乎不变三、实验注意事项

1.实验步骤2.热电偶3.电位差计热电偶温度计

热电偶是当前热电测温中普遍使用的一种感温元件，它的工作原理是基于热电效应．（一）热电效应及基本定律

两种不同材料的金属丝两端牢靠地接触在一起，组成如图所示的闭合回路，当两个接触点(称为结点)温度t和t0不相同时，回路中既产生电势，并有电流流通，这种把热能转换成电能的现象称为热电效应。称回路电势为热电势。两金属丝称为偶极或热电极。两个结点中与被测介质接触的一个称为测量结成工作端、热端，另一个称为参考端或自由端、冷端。二、热电偶基本定律(一)均质导体定律由均质材料构成的热电偶、热电动势的大小只与材料及结点温度有关．与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极温度分布无关。如材料不均匀、由于温度梯度的存在，将会有附加电动势产生。（二）中间导体定律如图所示，将A、B构成的热电偶的T0端断开，接入第三种导体C，只要保持第三导体两端温度相同，接入导体C后对回路总电动势无影响。（三）中间温度定律

在热电偶回路中，两接点温度为T、T0时的热电动势，等于该热电偶在接点温度为T、Ta和Ta、T0时热电动势的代数和，即两端点在任意温度时的热电势为：（四）标准电极定律

如图9．6所示，两种导体A、B分别与第三种导体C组成热电偶．如果A、C和B、C热电偶的热电动势已知、那么这两种导体A、B组成的热电偶产生的电动势可由下式求得三、热电偶