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实验一　液体导热系数的测定

发布时间：2010/6/8 阅读次数：5414 字体大小: 【小】【中】【大】

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实验一　液体导热系数的测定

一、实验目的

1、了解在稳定热流条件下测定流体导热系数的原理、所使用的仪器和设备的布置，掌握实验方法。

2、确定所测流体的导热系数随温度变化的关系。

二、实验原理

测定物质导热系数的方法很多，本实验采用的是稳态多层圆筒壁同心法，如图1－1所示。把流体试样装满于盛试样筒，则试样为一圆筒。设试样筒的内外两

图1-1 稳态多层圆筒壁示意图

侧表面温度分别为t_h和t_o。为防止试样在筒内产生热对流，采用二个很薄的金属套管将其分隔开来，保证热量在试样筒内以导热方式径向传递。套管壁的热阻很小，可以忽略。当试样内维持一维稳态温度场时，则有

其中λ——试样的导热系数，W/m·℃；

B=ln(r2/r1)/2πl——仪器几何常数，1/m。

本实验室所用的是DTI－811型导热系数测定仪，其结构简图见图1－2。

考虑到测定仪端部的热损失为Q_n，装在盛试样筒内且与之同心的加热器所提供的热流Q=IV，只有Q₁是由径向经待测试样传出，故

Q=Q₁+ Q_n=IV (1——2)

仪器端部特性用热阻R（℃/W）表示，有：

(1——3)

1．前密封塞；　 2．套管定位圈；　 3．端头水套；　 4．加热管；

5．小套管；　 6．大套管；　　 7．盛液筒；　 8．外水套；

9．加热管定位架；　10．后密封塞；　　11．后密封聚四氟乙烯塞；

12．隔热泡沫； 13．液体膨胀毛细管；　 14．聚四氟乙烯挡圈。

图1－2　DTI－811型导热系数测定仪结构简图

把式（1－1）、（1－3）代入式（1－2），并令B/R=C，得

W/(m·℃)　　　　　　　　　　（1——4）

式中△t=(t_h－t_o)，℃；

I、V——加热丝的电流（A），电压（V）；

C——热损修正常数，C=B/R。

因此，只要维持试样筒内、外侧的温度稳定，测出导热量Q₁以及试样筒内外两侧表面的温度t_h、t_o，即可由式（1——4）求得在温度t_m=(t_h+ t_o)/2下试样的导热系数。

对于大多数的工程材料的导热系数与温度的关系均可按线性关系处理，即

λ=λo(1+bt)

此式可以通过测试不同的t_m值下的λ_m值确定。

三、实验装置

如图1—3所示，实验装置包括：DTI—811型导热系数测定仪，直流稳压电源，恒温水浴，热电偶测温系统和电加热器功率的测量电路。

DTI—811型导热系数测定仪结构（见图1—2）。

测定仪由试样筒，加热管，循环水套等组成。试样装在盛液（试样）筒7内，加热管4和盛液筒之间有二层套管5和6，套管将试样分割成3层，各层的径向间距为1－1.8毫米，保证测试过程试样不会出现对流。试样筒由聚四氟乙烯挡圈14和聚四乙烯密封塞11控制了试样轴向长度为290毫米。

图1－3　实验装置示意图

试样柱的外侧面由水套借助恒温水浴的循环水维持在同一温度t_o，试样柱的后端面因深埋在水套筒内，
前端面套在端头水套内，端头水套与外水套串联，故温度维持为t_o。加热管内均匀地绕有电阻丝，由稳压电源提供热流Q。

四、实验步骤

1、实验前应先了解实验装置的有关部分，按照指导书接好线路。检查电流表、电压表、电位差计，使其处于零位。

2、准备完毕，经指导教师检查无误后，开始实验。

3、调节恒温水浴的控制温度，使其在预先给定的数值。

4、接通恒温水浴电源及直流稳压电源的电源。

5、依次打开恒温水浴电源开关，水泵开关，加热开关。

6、依次打开直流稳压电源开关，加热器开关，调节直流稳压电源电压，使电压读数符合下面的数据：

试　　样空　　气水

电压表计数V 5.5 15.0

7、当恒温水浴水温稳定约20分钟后，记录电流、电压、t_h和t_o。

8、大约10分钟后，再记录一次数据，若t_h、t_o与前一次数据基本一致，可认为前一次数据有效。重复进行3次有效测试。

9、改变恒温水浴的控制温度，使其在另一数值上。等整个系统稳定后，重复进行3次有效测试，记录数据。

10、实验完毕，关掉所有开关，断开电源拆掉线路。

五、注意事项

1、在实验进行过程中，应保持加热器两端的电压（电压表的读数）稳定。

2、电流表、电压表的量程选取应以使所测试的数值在其量程的1/2以上为原则。应以指针正负摆动的格数大致相等为准。

六、实验数据的整理

1、查表将测得的热电偶mV数，换算成温度值，求得△t、t_m。

2、采用所用测定仪的C值修正公式计算C值。

3、用公式计算λ值。

4、在坐标底上绘出λ=f(t)曲线。

七、思考题

1、如果后密封塞没有塞紧，将对测试结果产生什么影响？

2、所测试样为水，如果水中空气没有排除干净，对测试结果将产生什么影响？

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