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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粒状材料导热系数测定圆筒法实验圆球法测定粒状材料导热系数一、实验目的1.掌握在稳态条件下，用圆球法测粒状材料导热系数的基本原理和方法以及实验装置的结构；2.加深对傅立叶定律的理解，巩固所学热传导的理论；3.学会使用电位差计。二、实验原理两个直径不同的薄壁空心圆球，同心放置，两球之间充满一定密度、需要测定的粒状材料，内球的内部装有一个电加热器，通电加热时，其产生的热量Q将沿着圆球表面的法线方向通过颗粒状材料向外传递。假定内球壁面温度为t1，外球壁面温度为t2，球面各点温度均匀，且t1t
2、2，当加热时间足够长、温度不随时间变化时，说明装置已达到稳定状态，根据球坐标下的稳定导热傅立叶定律有：Q?Adtdt?4r2drdr对于大多数材料来说，在一狭窄的温度范围内可以认为导热系数?随温度t作直线变化，即：?0(1?bt)式中：?0在0时材料的导热系数；W/?m?b比例常数。将式代入式，得：dtdrbQ1?C分离变数后积分：t?t2?24?0rQ?0(1?bt)4r2bQ?C当r?r1，t?t1时，t1?t12?24?0r1b2Q1?C当r?r2，t?t2时，t2?t224?0r2t?t?Q11?(?)，从上两式消去C得：(t1?t2)?1?b(12)?可得到球体处于稳定导热时，2?4
3、?0r1r2?傅立叶定律的积分形式：2?ar(t1?t2)Q?d1?d2即?ar?Q?d1?d2?2(t1?t2)式中：?ar?01?bt1?t2t?t?0(1?btar)，tar?1222从式可看出，只需测出球内外径d1、d2，热流Q及球内外表面温度t1、t2即可得到?ar。若要求解温度系数b，可采用调节加热功率的方法，在另一个加热工况下测定t1、t2，求得另一个tar，利用式有?ar1?0(1?btar1)，?ar2?0(1?btar2)可得比例常数b的表达式：b?ar1ar2?1tar1?ar1?tar2?ar2三、实验装置如图示：装置的主体由两个壁很薄的空心同心铜质球组成，内球直径d1
4、为80mm，外球直径d2为160mm，内球内部装有电加热器，两球间装满试验材料，当全体系达到稳定后，由电加热器产生的热量Q将全部通过中间粒状物质面传给外球表面，然后再通过外球表面传给周围的空气。图1圆球法导热系数测量装置结构示意图图上内球表面装有三个热电偶，对应测温点t1t6分别为三个热电偶测外球表面的温度。四、实验步骤1.将电位差计、电流表、电压表，按图接好。2.检查无误后，闭合电路加热，并调整到所需功率，每隔5分钟记录一次，待全体系达到稳定后，即内外球表面的温度不再改变时，取得后三次数据的平均值进行计算。3.改变加热电压，重复上述试验。五、实验报告1.简述球体法的实验原理，你认为达到该原理
5、所要求的条件最关键部分是什么？2.简述实验装置的结构原理。3.给出所有测量仪表的原始数据记录，记下各个仪表的精度等级。4.计算材料的导热系数，整理实验结果。六、思考题1.查阅文献，了解绝热材料导热系数的数量级。2.能否用这个装置测量金属、液体或者气体的导热系数？3.能否用这个装置测量自然对流换热系数？4.若实验装置做成两个内外方箱子是否可行？为什么？5.为什么要待稳定后的数据才能用？6.你对该装置及试验方法有何评价，谈谈你的改进设想。粒状材料导热系数测定系别：动力工程系专业：能源与动力工程班级：动本1440班姓名：冯恬睿学号：日期：XX年5月一、目的要求巩固和深化稳态导热的基本理论，学习用球体
6、法测粒状材料的导热系数通过实验确定干黄沙的导热系数和温度之间的近似关系=?利用牛顿冷却公式计算球体外表面和空气之间的对流换热系数h=?At=?4r?2(tw?-tf)二、实验原理将傅里叶导热定律用于此球壁的导热过程以及边界条件m=(d?-d?)/2d?d?(tw?-tw?）W/()三、实验装置圆球导热仪、调压器、电流表、电压表、直流电位差计、水银温度计等四、实验步骤连接好仪器，检查调压器输出电压是否为零接通电源，调整调压器，使各实验台的球体加热电流不同，最大电流不超过，其余依次递减。预热约4h以上，内外球壁温度稳定。把电位差计接入测量回路读出电流、电压以及内外球壁各测点的电动势用水银温度计测定
7、远离球体1m处的空气温度tf测试完毕后关闭仪器和电源五、数据记录及处理1、常规数据记录室温ta=C;环境压力Pa=*10?Pa实验台号:实验时间：3h2、实验数据记录d?=80mm,d?=160mm,?=178kg/m3,tf=C;表41圆球实验数据记录表42圆球实验数据汇总颗粒状材料导热系数测定一、实验目的学习用球体法测颗粒状材料的导热系数?，并确定颗粒状材料的导热系数和温度之间的近似关系?0(1?bt)。利用牛顿冷却公式计算球体外表面和空气之间的对流换热系数h。二、实验原理球体法测材料的导热系数是基于等厚度球壁的一维稳态导热过程。如图1所示内外径分别为D1和D2的同心单层球壁。设球壁的内外
8、表面分别维持均匀恒定的温度tw1、tw2，且tw1?tw2。将傅里叶导热定律应用于此球壁的导热过程，得?Adtdt?4?r2drdr边界条件：r?r1,t?tw1；r?r2,t?tw2。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化可按直线关系处理，带入边界条件对上式积分可得通过整个球壁的热流量?2?mD1D2(tw1?tw2)D2?D1或写成?m?W2?D1D2(tw1?tw2)式中：?m即所测材料在tw1tw2温度范围内的平均热导系数，即平均温度tm(tm?tw1?tw2)所对应的导热系数。因此，实验时应先测出内外球壁的温度tw1和2，以及球壁的几何尺tw2、球壁导热量?寸
9、D1和D2，然后代入上式得出tm时材料的导热系数?m。把相关实验数据代入下式，可求得球壳外表面和空气之间的对流换热系数h，即h?W2A?t?D2(t2?tf)?三、实验装置及其规范圆球导热仪本体结构和测量系统1.内球壳2.外球壳3.电加热器4.测量端5.转换开关6.0冰瓶7.电位差计8.电源9.电压表10.电流表规范：不许擅自调整调压器，不许转换电流表的量程档，更不许随意关断电源。如果用万用表代替电压表测量电压，选用万用表的直流电压档。电位差计接入测量回路时，切记正负极不能接反。热电偶温度计的参考端裸露在室温下。实验过程中，不许任意挪动仪器。球体在实验期间必须远离热源，室温应尽量保持不变，避免
10、日光直射球壳，应防止人员走动、风等对球壳表面空气自由流动的干扰，以便使外球壳的自然对流状态稳定，这样才能在试料内建立一维稳态温度场。四、实验步骤连接好除电位计以外的其他仪器，检查调压器输出电压是否在零位。连通电源，调整调压器，使各实验台的球体加热电流不同，最大电流不超过，其余依次递减。预热越4h以上，至内外球壁温度稳定。把电位差计接入测量回路，注意其正负极，并对电位差计进行调零。读出电流、电压，并通过切换开关，从电位差计读出内外球壁各测点热电动势E1和E2，计入数据记录表中。用水银温度计测定远离球体1m处的空气温度tf。测试完毕，把万用表关闭放回原处，电位差计的倍率开关关断。全部实验结束后，经
11、指导老师同意，把调压器调至零位，关断实验台上电源开关。五、实验数据记录与处理常规数据记录室温t0?，D1?80mm，D2?160mm实验数据记录及计算导热实验数据记录tm?tw1?6622?m?D1D2(tw1?tw2)2?h?t?D2(t2?tf)?六、问题讨论球体导热仪从开始加热到热稳定状态所需要的时间取决于哪些因素？怎样判断、检验球体导热过程已达到稳定状态？粒状材料的导热系数与温度有何关系？与密度、湿度又有怎样的关系？答：取决于球体加热电流，球壁热电动势，室温以及球体内部填充材料。检验球体达到稳态的标志是各对热电偶的电位差计读数不再随时间变化。温度对各类材料的导热系数均有直接影响，温度提高，材料导热系数上升。绝大多数的材料都具有多孔结构，容易吸湿，材料吸湿受潮后，其导热系数增大。密度是材料气孔率的直接反应，一般情况下，增大气孔率或减少密度都将导致导热系数的下降，但对于表现密度很小的材料，特别是纤维状材料，当其表观密度低于某一极限值时，导热系数反而会增大。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
