浙大过程工程原理实验报告——测定导温系数.doc

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装 订 线
实验报告
课程名称：过程工程原理实验指导老师：叶向群成绩：__________________
实验名称：正规状况法测定材料的导温系数实验类型：______________同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
正规状况法测定材料的导温系数
一、实验目的
1、掌握正规状况法测定材料导温系数的原理和方法。
2、了解热电偶的测温原理，正确使用平衡记录仪。
二、实验原理
半径R长2b的圆柱体初始温度均匀分布，突然将它浸入内有强烈搅拌且温度为（）的水浴中，考察柱体内各点温度的变化规律。
这是第三类边界条件下的二维不稳定导热问题，其温度解可以分解成半径为R的无限长圆柱和厚度为2b的无限大平板这两个一维不稳定导热解的组合，即：
（1）
式中，为无因次过余温度。下标c、p分别代表无限长圆柱和有限厚的无限大平板，其温度分布、具有如下相同的形式：
（2）
其中对于无限长圆柱：
（3）
（4）
（5）
（6）
对无限长平板：
（7）
（8）
（9）
（10）
式中 F0——傅立叶数
a——导热系数
J0、J1——0阶、1阶Bessel函数
Bi——毕渥数（=导热热阻/对流热阻）
——时间，s
表示导热热阻占主导地位，对流热阻可以忽略，这样第三类边界条件就转化为第一类边界条件。从式（6），（10）可得的前四个解分别为：
圆柱




平板
π/2
3π/2
5π/2
7π/2
当时间τ达到一定值后，，略去式（2）中第一项以后各项所带来的误差不大于1%，我们称这个阶段为不稳定导热的正规状况。对于形体中心点（R=0，x=0），从式（1）、（2）得：
（11）
（12）
C为常数。对式（11）两边去对数得
（13）
可见是直线关系，由斜率m值可以求得材料的导温系数a。
三、实验装置

如图，被测元件是由尼龙制成的短圆柱体，有Φ40×40、Φ40×80、Φ40×120三种规格。温度由铜-康铜热电偶来测定，冷端在圆柱体形体中心，热端在恒温浴中，热电势通过平衡记录仪记录，这样记录仪上指示值对应于过热温度。在测量范围内，热电势E（mV）与温度T可近似认为是线性关系，/℃。
四、实验步骤
1、按通加热电源，开启搅拌浆。调节继电器来控制恒温水浴温度，预热记录仪。
2、待温度计示数稳定时，开启记录仪。等基线中走直后记录下温度计读数。然后将被测元件迅速放入恒温水浴中（注意不要拉热电偶的连接线，不得用力过猛，以免损坏细小的热电偶导线），同时用记录仪记录E（mV）～τ关系，直至E（mV）读数很小，趋于稳定。同时记录下此时的走纸速度及记录仪的量程。