《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 7-4 7.1.4穩(wěn)態(tài)圓球法測定粒狀材料導熱系數(shù)

穩(wěn)態(tài)圓球法測定粒狀材料導熱系數(shù)實驗?zāi)康蘑僭诜€(wěn)定狀態(tài)下，學習和掌握用圓球法測定顆粒狀材料的導熱系數(shù)。②學會使用電位差計。③通過實驗確定該材料的導熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系式： （1）實驗原理導熱系數(shù)是表征材料導熱能力的物理量。對于不同的材料，導熱系數(shù)是不同的；對同一材料，導熱系數(shù)還會隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和重度等因素而變化。本實驗是在穩(wěn)定傳熱條件下，根據(jù)圓球?qū)峁絹砬蟮妙w粒狀材料的導熱系數(shù)。設(shè)有一空心球體，球的內(nèi)外表面直徑分別為d1和d2，溫度為t1和t2并保持不變，根據(jù)傅立葉定律可得出球體導熱公式： Q=2πλ即： λm=Qδ式中λm——球體材料在溫度tm=(t1+t2)/2時的導熱系數(shù)，W/（m·K）；δ——空心球體壁的厚度δ=(d1+d2)/2，m；I——電加熱器通過的電流，A；V——電加熱器的端電壓，V；Q——電加熱器的功率，W。在溫度變化范圍不大的情況下，大多數(shù)工程材料的導熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系可作為直線關(guān)系處理，因此要確定式中λ=f(t)的函數(shù)關(guān)系，則可以測定在不同溫度狀態(tài)下的λm值。將溫度為tm1、tm2、tm3……所對應(yīng)的λm1、λm2、λm3……值標繪在座標紙上，然后應(yīng)用圖解法求出式中的λ0和b值，從而整理出λ=f(t)的具體表達式。實驗系統(tǒng)及裝置實驗裝置如圖1所示，其中圓球?qū)醿x本體由兩個厚度極薄的同心金屬球殼構(gòu)成，內(nèi)球殼外表面直徑d1=80mm，外球殼內(nèi)表面直徑d2=160mm。兩球殼之間松緊均勻地填充滿顆粒狀材料干黃砂，即本實驗的被測材料。內(nèi)球殼里裝有電阻絲繞成的電加熱器，由直流穩(wěn)壓電源供給直流電加熱。單位時間產(chǎn)生的熱量（Q=IV，W）將通過黃砂層由球壁傳出。為了測定黃砂層內(nèi)外的溫差，在內(nèi)球外表面和外球內(nèi)表面上各裝有三組熱電偶用來測量其溫度，測點1、2、3分別位于內(nèi)球殼上，測點4、5、6分別位于外球殼上，熱電偶熱端焊于球殼上，冷端置于冰瓶中，冷熱端產(chǎn)生的熱電動勢用電位差計來測量。測點1、2、3的平均溫度即為內(nèi)球壁面溫度t1，測點4、5、6的平均溫度即為外球壁面溫度t2。圖1圓球法測導熱系數(shù)實驗裝置實驗步驟及方法①將各實驗裝置連接完成，根據(jù)所需功率調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器在指定數(shù)值并開始加熱。②加熱3小時以上進入穩(wěn)定導熱狀態(tài)，即可開始用電位差計測量并記錄各熱電偶測溫點的熱電勢，每隔10分鐘記錄一次，直至相鄰兩次各點測讀數(shù)值完全一致或相差極微，取平均值進行計算。然后根據(jù)T型熱電偶分度表將熱電勢換算成溫度并計算得到t1及t2，同時需記錄下加熱器的電壓V和電流I。③在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器輸出電壓，改變加熱功率，待穩(wěn)定后重復(fù)步驟（二）的操作，分別測量材料的不同溫度狀態(tài)，并計算相應(yīng)狀態(tài)下的導熱系數(shù)。④實驗共測試4個不同的工況，即被測材料在4個不同的溫度狀態(tài)下，分別對應(yīng)的導熱系數(shù)。實驗數(shù)據(jù)記錄表1圓球法測導熱系數(shù)實驗數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)次數(shù)各測點熱電勢加熱器電壓加熱器電流123456第一工況123第二工況123第三工況123第四工況123實驗數(shù)據(jù)處理及分析①被測材料的平均溫度tm由REF_Ref16194\h式（4）計算得出；導熱系數(shù)λm由式（3）計算得出。 tm=（t1+t2）/2 （4）②應(yīng)用圖解法求得λ=f(t)的具體函數(shù)表達式。③分析顆粒狀材料在球壁內(nèi)充填松緊不均勻?qū)嶒炗惺裁?/p>