实验一稳态平板法测定绝热材料导热系数一、实验目的1.巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能；2.学会如何测定实验材料的导热系数；3.了解确定实验材料导热系数与温度的关系。二、实验内容1.利用稳态平板法测定绝热材料导热系数；2.确定实验材料导热系数与温度的关系。三、仪器设备稳态平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图1-1所示。2被实验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300[mm]，实际导热计算面积A为200×2200[mm]，板的厚度为?[mm]。平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通以自来水）来实现。在中间200×2200[mm]部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下两个试件，并2通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即200×200[mm]之外的四侧）设有四个辅助加热器（1～4），利用专用的温度跟踪控制器使主加热器以外的四周保持与中间主加热器的温度相一致，以免热流量向傍侧散失。主加热器的中心温度t1（或t2）和水套冷面的中心温度t3（或t4）用4个热电偶(埋没在铜板上)来测量；辅助加热器1和辅助加热器2的热面也分别设置两个辅热电偶t5和t6（埋没在铜板的相应位置上），其中一个辅热电偶(t5）（或t6）接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电偶t2（或t1）的温度讯号相比较，通过跟踪器使全部辅加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在实验进行时，可以通过热电偶t1（或t2）和热电偶t3（或t4）测量出一个试件的两个表面的中心温度。也可以再测量一个辅热电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况。温度是利用电位差计和转换开关来测量的。主加热器的电功率可以用电功率表或电压表和电流表来测量。[附]实验台主要参数⒈实验材料：聚氯乙烯2⒉试件外型尺寸：300×300mm2⒊导热计算面积F：200×200mm（即主加热器的面积）⒋试件厚度?：（实测）15mm⒌主加热器电阻值：100?⒍辅加热器共4个,每个电阻值：25?⒎热电偶材料：镍铬－镍硅⒏试件最高加热温度：≤80℃图1-1稳态平板法测定绝热材料导热系数的实验装置示意图四、所需耗材热电偶，熔断保险丝等。五、实验原理、方法和手段导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是各不相同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，如果要分别考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素加以实验，往往不能在一种实验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的热流量φ和平板两面的温差?t成正比，和平板的厚2度?成反比，以及和导热系数?成正比的关系来设计的。我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳定导热量为：??????t?A[w]测试时，如果将平板两面的温差?t?tR?tL、平板厚度?、垂直热流方向的导热面积F和通过平板的热流量Q测定以后，就可以根据下式得出导热系数：??????t?A12W/(m?℃)需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：t?(tR?tL)[℃]在不同的温度和温差条件下测出相应的?值。然后将?值标在??t坐标图内，就可以得出??f(t)的关系曲线。六、实验步骤1.将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与铜板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。2.联结和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源；而四个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路（实验台上已联接好），并按图示联接到辅加热器电源上和跟踪控制器上。电压表和电流表（或电功率表）应按要求接入电路。3.检查冷却水水泵及其通路能否正常工作，各热电偶是否正常完好，校正电位差计的零位。4.接通加热器电源，并调节到合宜的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制器。在加温过程中，可通过各测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵（或接通自来水），向上下水套通入冷却水。实验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这过程中可以适当调节主