?!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "//www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd"> 快乐十分如何买最赚钱:不良导体热导率的阶跃函数式加热法测量研究 - 技术论? - 广东快乐十分走势图云南快乐十分走势广东快乐十分走势图云南快乐十分一定牛云南快乐十分单双
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广东快乐十分走势图 www.4sny7.cn   摘 ?/strong>:在获得有限平板阶跃函数式加热瞬态温度分布近似解的基础?设计了一个不良导体热导率阶跃函数式加热动态测量装?该装置简单、实?测量结果精确,有一定的实际应用价?

  0 引 言

  由于热的耗散?不良导体热导率的精确测量一直是工程应用中面临的一个棘手问?也是实验上广泛进行研究的课题.瞬态测量法,由于测量时间较短,热损的影响较?测量精度?尤其适合于低热导率材料和高温状态下材料热导率的测量,是工程实际普遍采用的方法.但受瞬态温度分布可解条件的限制,一般试样只能制备成半无穷大形或圆柱形[1,2],才能进行有效测量.本文在获得有限平板阶跃函数式加热瞬态温度分布近似解的基础?设计了一个测量有限平板样品不良导体热导率的实验装?测试和研究结果表?该装置结构简?操作方便,只要满足相应的实验条?均可?%左右的测试精?因而有一定的实际应用价?

  1 有限平板阶跃函数式加热法的实验原?/strong>

  如图1所?厚度为h、质量密度为ρ、比热容为c的有限平板样品材料M,开始时与热容量为M′、周围良好绝热的冷源(吸热装置)SL相接?有效接触面积为A,并具有均匀初温T0.当温度为TH、热容量极大的恒温热源SH突然与试样的另一端面相接触时,在该表面试样获得阶跃函数式加?表面温度由T0陡变为TH,记此刻的时间为t=0.

  按能量守恒的要求,在样品的有效导热区域内有如下的热流连续性方程[3]:

  式中T=T(x,t),λ为样品材料的热导?引入变量θ=T-TH,则上式变?

  根据上述系统的热物理过程,应有如下的初始条件和边界条件[3]

  用分离变量法可得方程(2)的通解?/p>

  式中k是分离常?要求k>0.由边界条?3b)可得C1=0,?/p>

  将上式代入热流边界条?3d)可得

  将cotkh进行泰勒展开并略去高次项,可得关于分离常数k的方?/p>

  解此方程并考虑k>0,有k=1h13+M′cρAh-12.为此

  式中的常数C2可由初始条件(3a)求出,?/p>

  有近似?/p>

  由此得方?2)在有限平板阶跃函数式加热条件下的近似解为

  由边界条?3c)可得

  求式(10)在定点x=h处对时间的导?并考虑?11),?/p>

  ?/p>

  实验上可用热电偶接一毫伏表来测量热源和冷源间的温?即有

  其中ε为热电偶温差电系?在温差不大时为一常数.综合?13)?14)可有

  由式(15)可见,在试样实现阶跃函数式加热?只要在各个不同时刻t分别读取相应的温差电压V,并以lnV和t为变量作线性回?就可由回归斜率b求得样品材料的热导率k值公

  2 实验装置及测试结?/strong>

  2.1 实验装置

  装置结构示意图如?所?其核心部分是热源SH和冷源SL,均由紫铜材料制成,外形相似,导热面均经精?以使冷、热源与试样两端面紧密接?减少间隙空气热阻的影?热源体积较大且裸?以保证其有较大的热容?在热动平衡时和热传导过程中能保持恒温.

  2.2 测试结果

  本文测试的样品材料为真空橡皮,其热导率标准?lambda;0=0.180W/(mK)(由厂家给?,厚度h=7.00×10-3m,质量密度ρ=960kg/m3,比热容c=1.58×103J/(kgK);冷源质量m′=0.2455kg,紫铜比热容c′=390J/(kgK);测得试样与冷源间的实际有效接触面积为A=2.784×10-3m2.按阶跃函数式加热法的操作要求:先不上试样和冷源,由热电陶瓷给热源供热,经足够长时间(?0min)使热源温度达到稳?可由数字毫伏表监?,然后放上试样和冷?为保证各导热面接触良?在冷源上加一适重压块W),同时开始计时和测量.

  上表数据关于lnV-t的线性回归结果为a=1.419,b=-1.111×10-3,r=-0.9990.

  按式(16)的结论求得被测样品的热导率为λ=-(m′c′+13cρAh)hbA=0.178(W/mK),相对误差η= λ-λ0 /λ0=1.1%.

  3 有关讨论及实际应用中要注意的问题

  1)本文关于有限平板样品热导率的测试方法,采用的是试样表面温度阶跃函数式加热法.基本的测试条件为:(1)一维导?即要求试样在有效导热区域内应无侧向热?(2)不计冷源散热,即要求冷源应良好热保护或通过样品板的传热速率要高,应比冷源散热速率大很?以使冷源散热相对可被忽略;(3)不计接触热阻,即试样及冷、热源导热面应紧密接?(4)热源恒温,即热源的热容量应极大.但只要所制备试样的大小尺寸较好地满足有效直径D 厚度h(对热导率很低的材?样品板应制备得更薄一?,试样及冷、热源导热面有一定的光洁?同时热源的体积足够大,则本文方法的上述测试要求均能得到很好满足.

  2)关于不良导体的热导率,前人曾采用过半无限大平板试样表面热流密度阶跃函数式加热法[4]进行动态测?其测试原理和方法要求:(1)无侧向热?无接触热?(2)测试环境恒温;(3)常功率的板式热源极薄;(4)两对称装配的半无限大试样绝对同性且外形一?由于试样要求为半无限大平?相对厚度较大,在实际测试过程中其侧向热损就不可忽视;由于热系统自身的散热以及不可避免的环境热因素的作?在实际测试过程中难以真正实现绝对恒温的实?ldquo;小气?rdquo;.另外,实际的板式热源难以加工成极薄,两半无限大试样也不可能加工成严格一?因而在此测试方法中,方法和原理上的误差将是不可避免且较为严重?

  3)实际测试结果表明,对不同热导率的材?在装置设计及试样制备时只要适当考虑上文所述的测试条件,利用本文测试方法的测量结果均可达1%左右的精?

  参考文?

  [ 1 ] Holman J P. Heat Transfer [M]. New York: McGraw-Hill Book Company, 1963.205?19.

  [ 2 ]何圣?物理实验手册[M].北京:机械工业出版?1989.397?98.

  [ 3 ] Schneider P J. Conduction Heat Transfer [M].Reading(Mass.): Addision-Wesley Publishing Company, Inc., 1955.124?25.

  [ 4 ]王补?韩礼?王维城等.同时测定热绝缘材?alpha;?lambda;的常功率平面热源法[J].工程热物理学?1980.2(1):80?7.

  本文作者:詹士?/p>

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