1、18 圓球法測定材料導(dǎo)熱系數(shù) 、目的 在穩(wěn)定傳熱情況下，利用圓球法測定粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)，并用圖解法確 定此材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的線性關(guān)系 且 2o(1+bt) 、原理 本實(shí)驗(yàn)是利用在穩(wěn)定傳熱情況下，以球壁導(dǎo)熱公式作為基礎(chǔ)來求得粒狀材 料的導(dǎo)熱系數(shù)入。設(shè)有一空心球體，球的內(nèi)表面直徑 di，外表面直徑為d2,壁 厚=匚5，如果內(nèi)、外表面的溫度維持不變，并等于 ti和t2,則根據(jù)傅立 2 葉定律得 2二(ti-t2) did2 Q (ti - 七2 ) ( i ) i i 右 移項(xiàng)得 Q IU d2(ti -t2)二did2(ti -t2) 式中： I為電熱器的工作電流 U為電熱器的工作電壓；

2、 t 一 t 入為試驗(yàn)材料在溫度t =時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)。 2 如果需要求得入和溫度之間的變化關(guān)系，則必須測定在不同溫度下的導(dǎo)熱 系數(shù)，然后將測得的導(dǎo)熱系數(shù)值乃、力、方治及其對應(yīng)的ti、t2、t3tn在坐標(biāo) 紙上繪出其坐標(biāo)位置，如下圖所示。19 導(dǎo)熱系數(shù)與溫度間關(guān)系導(dǎo)熱系數(shù)與溫度間關(guān)系 繪出坐標(biāo)點(diǎn)后，應(yīng)根據(jù)各的昂的位置揣摩一下，是否能夠連成一條直線或 連成一條曲線。由于固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，在溫度相差 不過分懸殊時(shí)一般可以當(dāng)作線性直線關(guān)系的。因此可通過各點(diǎn)間的中心位置繪 一條直線，然后在直線上任取 a b兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)并算出直線的截距，就不難求出 函數(shù)式2=2o(1+bt)，此式是描繪

3、被測材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 式。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)之所以不能完全落在一條直線上，是由于 W不完全是線性關(guān)系， 其次在實(shí)驗(yàn)中難免有種種誤差所引起的偏差。 三、實(shí)驗(yàn)裝置 本實(shí)驗(yàn)裝置中，僅取四個(gè)溫度工況。為了便于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，四個(gè)不同溫度工 況由四個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)球來實(shí)現(xiàn)。 每個(gè)實(shí)驗(yàn)球共有兩個(gè)空心球體，球壁均用紫銅板沖壓成形。內(nèi)球外徑為 di,外球的內(nèi)徑為d2。四個(gè)空心球體的幾何尺寸見下表： 球體結(jié)構(gòu)的尺寸 球號(hào) di mm d2 mm d mm 1 80.0 160.0 163.0 2 80.0 160.0 163.0 3 80.0 160.0 163.0 4 80.0 160.0 163.0 內(nèi)球中間裝

4、有電加熱器，電加熱器的功率自耦式調(diào)壓器調(diào)節(jié)，輸出的功率 通過裝在電加熱器電源上的電壓表和電流表讀出，并由變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)。 在兩個(gè)球殼之間填裝需要測試的材料：顆粒度分布均勻的干黃砂。當(dāng)整個(gè) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定傳熱后，由電加熱器在單位時(shí)間所產(chǎn)生的熱量 Q= IU瓦，將 X-t 20 全部通過中間的黃砂層而傳給外球銅殼，然后再通過外表面與空氣之間的自然 對流而傳給空氣。 由于內(nèi)外球殼表面的溫度略有不同，因此內(nèi)球殼的表面是在頂部附近設(shè)置 熱電偶ta，在底部附近設(shè)置熱電偶tb,通過加權(quán)平均取得球殼表面的平均溫度 tl。同理外球殼的表面是在頂部熱電偶 tc，在底部附近設(shè)置熱電偶td,通過加權(quán)

5、 平均取得球殼表面的平均溫度t2。然后通過變送器將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)球體達(dá)到穩(wěn)態(tài)的標(biāo)志是：各對熱電偶的電位差計(jì)的讀數(shù)不再隨時(shí) 間而改變。 四個(gè)圓球在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行期間必須遠(yuǎn)離任何熱源，并放置在空氣溫度較穩(wěn)定的 房間內(nèi)，而且避免干擾圓球氣流的種種因素。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.閉合電閘開始加熱，并調(diào)節(jié)所需的功率，使四個(gè)球體分別處于四種不同 的溫度狀態(tài)下，然后等待整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。 2.打開計(jì)算機(jī)電源，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)畫面。有三個(gè)按鈕，實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入、 指導(dǎo)教師進(jìn)入、|退出系統(tǒng)。|按圖示按鈕進(jìn)入實(shí)驗(yàn)。 3. 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，有一個(gè)對話框。需要輸入實(shí)驗(yàn)者的姓名、班級、指導(dǎo)教 師，以及實(shí)驗(yàn)選擇。請選擇 入

6、粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)。然后按確定按鈕后， 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)畫面。 4. 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)畫面后，畫面底部有一排軟按鈕。實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該先按數(shù)據(jù)采集按 鈕，系統(tǒng)就進(jìn)入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。此時(shí)屏幕上會(huì)顯示實(shí)驗(yàn)裝置上所有數(shù)據(jù)。若認(rèn) 為數(shù)據(jù)可靠，即可按存盤鍵保存數(shù)據(jù)。然后按數(shù)據(jù)處理按鈕，將所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 經(jīng)過簡單處理后，以表格形式提供給實(shí)驗(yàn)者。同時(shí)還可以查看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后 的回歸曲線（只提供定性趨勢，不提供定量分析）。 5. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 內(nèi)球外徑di: 80 班級： 外球內(nèi)徑d2: 160 姓名： 球號(hào) 內(nèi)球外表面溫 度C） 表面溫 度ti 外球內(nèi)表面溫 度（C） 表面溫 度t2 電壓U 電流1 ta tb tc td I

7、n 川 IV 21 空氣溫度tf= c 計(jì)算結(jié)果匯總表 序號(hào) 平均溫度C 導(dǎo)熱系數(shù)入 W/mC 總放熱系數(shù)a W/m-C 1 2 3 4 6.退出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 五、 實(shí)驗(yàn)裝置簡圖(如下圖) 六、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 1. 將各球的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入下式進(jìn)行計(jì)算： q IU 6 扎= - d1d2(tt2) 可以求得干黃砂在四個(gè)溫度下的導(dǎo)熱系數(shù) 入值，并填入下表1 實(shí)琉裝置簡圖 表1 序號(hào) 平均溫度 C 導(dǎo)熱系數(shù)入 W/m2C 總換熱系數(shù)a W/m C 1 2 3 4 2. 用圖解法來求得 入與t之間的經(jīng)驗(yàn)公式 & 2o（1+bt）中的 沁和溫度系數(shù)b 3. 用下列公式 22 Q IU 2 FAt nd （t2 tf） 來確定球外表面與空氣之間的總換熱系數(shù)，所謂總換熱系數(shù)計(jì)對流換熱系數(shù)和 輻射換熱系數(shù)的總和。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容 1. 實(shí)驗(yàn)裝置簡圖； 2. 實(shí)驗(yàn)記錄； 3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理； 4. 試回答和討論下列一些問題： （1） 為什么球殼下部的溫度沒有上部高？ （2） 粒狀材料