实验圆球法测定粒状材料导热系数

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。b5E2RGbCAP

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t1> t2，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：p1EanqFDPw

<1）

对于大多数材料来说，在一狭窄的温度范围内<约几十度）可以认为导热系数随温度作直线变化，即：

<2）

式中：—在0℃时材料的导热系数；

b—比例常数。

将式<2）代入式<1），得：

<3）分离变数后积分：

当，时，

当，时，

从上两式消去C得：，可得到球体处于稳定导热时，傅立叶定律的积分形式：

<4）即

<5）式中：，

从式<4）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。

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<2）有，可得比例常数b的表达式：DXDiTa9E3d

<6）

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为80 mm，外球直径d2为160mm，内球内部装有电加热器，两球间装满实验材料<粒状物体），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。RTCrpUDGiT

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t1～t6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。

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。5PCzVD7HxA

3.改变加热电压，重复上述实验。

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<包括实验装置系统图）。

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.你对该装置及实验方法有何评价，谈谈你的改进设想。

7.

8.申明：

9.所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，

勿做商业用途。

10.

11.