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PAGEPAGE1实验一非稳态法测量材料的导热性能实验一、实验目的1.快速测量绝热材料的导热系数和比热。2.掌握使用热电偶测量温差的方法。二、实验原理qcδδqqcδδqc图1第二类边界条件无限大平板导热的物理模型本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。设平板厚度为2δ。初始温度为t0，平板两面受恒定的热流密度qc均匀加热（见图1）。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x,τ)。导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：初始条件边界条件x=0,X=δ,方程的解为：式中：t—温度；τ—时间；t0—初始温度；ɑ—平板的导温系数；μn—nπn=1,2,3,……—傅立叶准则；qc—沿方向从端面向平板加热的恒热流密度；随着时间t的延长，Fo数变大，上式中级数和项愈小。当Fo>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，上式变成：由此可见，当Fo>0.5后，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。在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：平板加热面X=δ处为：此两面的温差为：如已知qc和δ，再测出，就可以由上式求出导热系数：式中，—平板的导热系数，—沿x方向给平板加热的恒定热流密度，—平板的厚度，—平板中心面x=0处和平板加热面x=δ处两面的温差，又，根据热平衡原理，在准稳态有下列关系：式中，—平板的横截面积—试件材料的密度—试件材料的比热—准稳态时的温升速率由上式可求得比热为：实验时，以试件中心处为准。三、实验装置图2实验装置简图图2为准稳态平板法测试装置图。利用四块表面平整，尺寸为165mm×165mm×8mm完全相同的被测试件(材料为有机玻璃，其导热系数一般为0.140—0.198W/m2.℃.)，每块试件的厚度为δ。将四块试件叠在一起并装入两个同样的高电阻康铜箔平面加热器，加热器面积和试件的相同。用导热系数比试件小得多的材料作绝缘层，力求减少通过它的热量，使试件1，4与绝缘层的接触面接近绝热。这样可假定qc等于加热器发出的热量的1/2，即qc=Q/2F=UI/2F。利用热电偶测量试件2两面的温差及2、3接触面中心处的温升速率。四、实验步骤1.按要求连接线路，接好加热器、热电偶与控制器及控制器与显示屏的连接。2.开启直流稳压稳流电源开关，再开启显示屏开关，预热10分钟，记录初始值。3.打开显示屏右下角“起动”开关，同时按显示屏右下角“计数器清零”，每隔一分钟测量一次，同时记录数据。经一段时间后（一般在7-20min）系统进入准稳态。记录电流、电压值。4.实验完毕后，切断电源。五、数据记录与整理室温t0=℃加热器电流I=A电压U=V试件面积F=0.165×0.165=m2试件厚度δ=0.008m试件材料密度=1200kg/m3温度t(℃)时间τ(min)边界温度中心温度边界和中心的温差△t0

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