测量材料的导热性能,实验

《测量材料的导热性能,实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测量材料的导热性能,实验（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划测量材料的导热性能,实验东南大学材料科学与工程实验报告学生姓名张沐天班级学号1XX317实验日期批改教师课程名称材料性能测试实验批改日期实验名称材料导热系数测试实验报告成绩一、实验目的1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法2.了解材料导热系数与温度的关系二、实验原理不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称

2、为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。1.材料的导热性及电导率材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1K，在1s钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为W/(mK)，也叫热导率。热导率由简化的傅里叶导热定律q?-dTdx决定。2.热传导的物理机制热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。1）电子和声子导热纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。2）光子导热固体中分子、原子和电

3、子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。3.影响导热系数的因素1）温度金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。2）原子结构物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较高的单质都具有较高的导热系数。3）成分和晶体结构合金中加入杂质元素将提高热阻，使导

4、热系数降低。杂志原子与基体金属的结构差异较大的元素，对基体导热系数的影响也较大。4）压强，密度，气孔率等压强，密度，气孔率等因素也会对材料的导热系数产生影响，影响材料导热系数的因素是复杂的。4.导热系数的测试方法根据试样内温度场是否随时间改变可将固体的导热分为稳定导热和不稳定导热。测量导热系数的方法也分为两大类：稳态法和动态法。1）稳态法稳态法是根据傅立叶方程直接测量导热系数，但温度范围与导热系数范围较窄，主要适用于在中等温度下测量中低导热系数材料。稳态法可分为热流法、保护热流法、热板法等测试方法。2）动态法动态法使用范围较为宽广，适合于高导热系数材料以及高温下的测试，其中发展最快、最具代表性

5、、得到国际热物理学界普遍承认的方法是闪光法，也是本次实验使用的方法。闪光法的优点为要求的样品尺寸较小，测量范围宽广，可测量除绝热材料以外的绝大部分材料，特别适合于中高导热系数材料的测量。除常规的固体片状材料测试外，通过使用合适的夹具或样品容器并选用合适的热学计算模型，还可测量诸如液体、粉末、纤维、薄膜、熔融金属、基体上的涂层、多层复合材料、各向异性材料等特殊样品的热传导性能。三、实验仪器与装置LFA467金属高温导热系数测试仪2.保护气体3.游标卡尺激光导热仪样品支架5.实验样品四、实验步骤及测量数据1.选择合适的样品支架，安装合适大小的试样2.打开保护气体3.开启计算(转载于:写论文网:测量

6、材料的导热性能,实验)机，启动计算机，进入导热系数测试程序4.设置加热温度及其他参数，开始实验5.试验结束后，自动得到导热系数测试结果6.进行分析五、实验数据与处理塑料2.紫铜钢六、实验结果与讨论1.简述金属、非金属建筑材料、气体导热性能差异大的原因。答：金属主要是通过电子导热来传热，而非金属建筑材料大多为绝缘体，主要导热形式为声子导热，电子导热效率要远远优于声子导热，所以金属材料导热性能优于非金属建筑材料。气体的对流加快了热传递，其导热系数是非常高的；但是依旧不能和电子导热相提并论，所以金属的导热性能强于气体，但是无机非金属和气体导热性能大小无法确定，还需根据具体的材料进行分析2.计算紫铜、

7、Q235钢、塑料的热扩散系数答：紫铜的热扩散系数为：塑料的热扩散系数为：Q235钢的热扩散系数为：3.分析温度对热扩散系数的影响答：温度对各类绝热材料导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升。因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，在温度为0-50范围内并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般

8、随温度的降低而减小。导热系数测定一、实验目的和要求为了使围护结构的热工设计和计算符合实际情况，必须正确确定所用建筑材料的热物理性能系数。一些设计手册和材料手册推荐了这类材料的物理指标固然可供参考，但是甚至同一类和规格的材料，由于产地不同，加工方法不同，其热物理性能往往存在较大的差别，用实测法测定建筑材料的热物理性能系数是获得材料性能的准确数据以解决热工设计问题的一个可靠方法。建筑材料常用的热物理性能系数概括材料的导热系数、导温系数、比热容和蓄热系数。本实验主要进行导热系数测量，加深对一维稳定传热原理热流计测量材料导热系数的原理的理解。二、实验内容利用导热仪进行建筑材料的导热系数测量三、测试原理

9、将材料试件置于稳定的一维温度场中，根据稳定热流强度、温度梯度和导热系数之间的关系确定材料的导热系数=qd/(t1-t2)(t1t2)在稳定状态下，装置的中心计量区域内，存在一维恒定热流，通过测定稳定状态下流过试件计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积m、试件的厚度d、试件冷、热表面的温差，根据上公式便可计算出试件材料的导热系数。本实验所用仪器可直接计算并输出结果，并可现场打印。四、测试设备JW-型热流计导热仪、钢尺五、实验步骤1、制作试件规格300mm300mm含量2的秸秆页岩烧结砖试样一块，厚度39mm2、安装试样，玻璃罩盖上，启动电源开关。3、设定热板温度为40，为保持冷板25温差以上

10、，设定冷板温度10。开启工作台前板开关，温度显示器显示冷板水槽内的温度，将拨动开关指向“预置”。4、打开加热开关。5、监测热流计输出热电势的变化，其变化值小于时，仪器进入稳定状态，此时，每隔15min打印一次，连续四组读数符合给出的热阻差别不超过1，并且不是单调地朝一个方向改变时，试验结束。6、关闭仪器。六、注意事项1、冷板温度在室温一下，热板温度在室温以上，并保持温差在25以上。2、恒温水域水槽内应注入蒸馏水，加热器内不得进水。3、试件表面要求平整，两平面的平面度误差。对于硬质试件不平度，平行度误差小于厚度的2%。4、保证试件表面与仪器充分接触，同时不能太紧，以防改变时间的厚度。5、仪器进入

11、稳定状态后在进行测量、打印。6、测试过程中，应用有机玻璃罩罩住，避免室内温度有太大的波动而影响测试温度。七、实验数据及处理八、实验结果分析通过查询资料，了解到秸秆页岩烧结砖属于烧结普通砖一类，烧结普通砖由粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经过焙烧而成的实心或孔洞率不大于规定值且外形尺寸符合规定的砖，所以秸秆页岩烧结砖的导热系数应该与这些类型的烧结砖的导热系数相接近或更小。因此查询了煤矸石烧结砖的导热系数/，粉煤灰烧结砖的导热系数/，页岩模数烧结砖的导热系数/，烧结淤泥普通砖的导热系数/，比较得出了实验结果与实际相符。一、【实验目的】用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。二、【实验仪器】导

12、热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品、冰块T1ABCT2冰水混合物测1测1表测2风扇220V电源输入测2110V导热系数测定仪数字电压表调零FD-TX-FPZ-II导热系数电压表图4-9-1稳态法测定导热系数实验装置三、【实验原理】1、良导体导热系数的测定根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为1、2的平行平面，若平面面积均为S，在?t时间内通过面积S的热量?Q免租下述表达式：?Q(?1?2)?S?th式中，?Q为热流量；?即为该物质的导热系数，?在数值上等于相距单位长度的两平面?t的温度相差1个单

13、位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是W(m?K)。在支架上先放上圆铜盘P，在P的上面放上待测样品B，再把带发热器的圆铜盘A放在B上，发热器通电后，热量从A盘传到B盘，再传到P盘，由于A,P都是良导体，其温度即可以代表B盘上、下表面的温度1、2，1、2分别插入A、P盘边缘小孔的热电偶E来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G，切换A、P盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式可以知道，单位时间内通过待测样品B任一圆截面的热流量为?Q(?)2?12?RB(3-26-2)?thB式中，RB为样品的半径，hB为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，1和2的值不变

14、，遇事通过B盘上表面的热流量与由铜盘P向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P在稳定温度T2的散热速率来求出热流量?Q。实验中，在读得稳定时1和2后，即可?t将B盘移去，而使A盘的底面与铜盘P直接接触。当铜盘P的温度上升到高于稳定时的2值若干摄氏度后，在将A移开，让P自然冷却。观察其温度随时间t变化情况，然后由此求出铜盘在2的冷却速率?t,而?2?t,就是铜盘P在温度为2时的散热速率。?22、不良导体的测定导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。