非穩態（準穩（wěn）態）法測材料的導熱性能實驗說明書
一、非（fēi）[準]穩態導熱儀-實驗目的
1、本實驗屬於創新型實驗，要求學生自己（jǐ）選擇不同原料、按照（zhào）不同配比進（jìn）行加工出新型實驗材料，並對該材料的熱物性（密度、導熱係（xì）數、比（bǐ）熱容、導溫係數）進行實（shí）驗測量。
2、快速測量絕（jué）熱材料（不良導體（tǐ））的（de）導熱係（xì）數和比熱，掌握其測試原理和方（fāng）法。
3、掌（zhǎng）握使用熱電偶（ǒu）測量溫差的方法。
二、實驗測（cè）試原（yuán）理
本實驗是根據第二類（lèi）邊界條件，無限大平板的導熱問題來設計的。設平板厚度為（wéi）2δ，初始溫（wēn）度為t0，平板兩麵受恒定的熱流密度qc均勻加熱（如下圖所（suǒ）示）。
根據導熱微分方程式、初始條件和第二（èr）類邊界條件，對於任一瞬間沿（yán）平板厚度方向（xiàng）的溫度分（fèn）布t(x，τ)可由下麵方（fāng）程（chéng）組解得（dé）；
三、實驗裝（zhuāng）置簡（jiǎn）介
實驗設備包括破碎機、攪拌機、烘幹（gàn）機、電子天平、準穩態法熱（rè）物性測定（dìng）儀、計算（suàn）機和實驗控製軟件。準穩態法熱物性測（cè）定儀（yí）、計算機和實驗控製軟件如（rú）圖1所示。
圖1 實驗設（shè）備係統圖
準穩（wěn）態法熱物性測定儀內實驗本體由四塊厚度均為δ、 麵（miàn）積均為F的被測試材重疊在一起組成。在（zài）第一塊與第二塊試材之間夾著一個薄型的片狀電加熱器；在第三塊和第四塊試材之間也夾（jiá）著一（yī）個相同的電加熱器；在第二塊與第（dì）三塊試材交（jiāo）界麵中（zhōng）心和一個電（diàn）加熱器中心各（gè）安（ān）置一對熱電偶；這四塊重疊在一起試材的頂麵和底麵各加上一塊具有良好保溫特性的絕熱層。然後用（yòng）機械的方法把它們均勻地壓（yā）緊。電加熱（rè）器由（yóu）直流穩壓電源供電，加（jiā）熱功率由（yóu）計算機檢測。兩對熱電偶所測量到的（de）溫度由計算機進行采（cǎi）集處理，並繪出試材中心麵和（hé）加熱麵的溫度變化曲（qǔ）線。
四、實驗步驟（zhòu）
1.選用不同（tóng）原料，進行破（pò）碎加工，按照不同配比，攪（jiǎo）拌混合均勻，加工成100mm×100mm，厚20mm大（dà）小的材料，放在烘（hōng）幹機內烘幹。
2.用遊標卡（kǎ）尺對試材（cái）的厚度進（jìn）行測量（單位：mm），並用天平稱其稱重（單位：g）。
3.將試材按實驗要求裝入準穩態（tài）法（fǎ）熱物性測定儀實驗本體內（nèi）。（注：用手拿取試材時一定要拿試材的（de）邊（biān）緣，不要用手接觸試材的加熱麵，以免破壞試材（cái）的初始溫度場。）
4.接通計算機和準穩態法熱物性測（cè）定儀電源（yuán）。使計算機進入windows操作係統，在計算機桌麵（miàn）上雙擊上圖標，使計（jì）算機進入準穩（wěn）態法熱物性測（cè）定（dìng）儀的教學實驗軟件（jiàn）係統。
5.仔細（xì）閱讀教學實驗軟（ruǎn）件係統上的（de）實驗步驟。點擊“我認真閱讀了（le）實驗步驟”按鈕．
6.在相應的欄目內按要求輸入（rù）試材名稱、試材厚度、試材重量和預計（jì）試材導熱係數（shù）（試材（cái）厚度和重（chóng）量為單塊試材的平均厚度和重量），輸入完成後（hòu），計算機（jī）在相應的欄目內給（gěi）出試材容重和實驗加熱電壓。加熱器預加電壓分串、並聯兩種。對應準穩態法熱物性測定儀（yí）的功（gōng）率選擇為大（並）、小（串）之分。通常準（zhǔn）穩態法（fǎ）熱物性測定（dìng）儀的功率選擇開關選擇在小（串）位置，隻有當加熱器預加電壓（串聯）大於20伏特時，再選（xuǎn）擇在大（並）的位置。調節測定儀（yí）的（de）電壓調節旋鈕，使（shǐ）加熱電壓在加熱器預加（jiā）電壓值附近。將實驗人員（yuán）的學號填入“學號”欄目內，點擊‘加（jiā）入學號”按鈕。實驗人員學號輸入完成後點擊“確認小組學號”按鈕，即可（kě）進行實驗。
7.點擊（jī）“測量“按鈕並同（tóng）時打開測定儀（yí）的加熱開關，觀察（chá）加熱表麵的溫度變化過程。當兩表麵的溫差（chà）不變時，即溫差曲線（xiàn）走平（píng）時，表明不穩態導熱達到準穩態時（shí）的溫度（dù）場的特征，可點擊“結束” 按鈕，並關閉測（cè）定（dìng）儀的加熱開關。
8.如果（guǒ）有打印機（jī），可點擊“打印”按鈕，打印出實驗（yàn）所有數據。沒有打印機可點擊“保存” 按鈕，保存所有實驗數據。點擊“複位”可重新實驗，點擊“退出”可結束實驗。最後（hòu）將保存的實驗（yàn）數（shù）據讀出，記錄在實驗數據表中。
五、試材熱流密度qc的計算
這裏我們雖然用薄片（piàn）狀電加熱器加熱，但它畢竟有一定的熱容量，在加熱過程中，加熱器本身要（yào）吸收熱量，且先於試材。因此試（shì）材實際所（suǒ）吸收的（de）熱量（liàng）必需從電功（gōng）率（lǜ）中扣除（chú）電加熱（rè）器吸收的熱量。
根據實驗（yàn）原理，我們僅研（yán）究電加熱器對中間兩塊試材加熱時的溫度變化就可以了，但為了避免因電加（jiā）熱器向外難以估計的散熱給qc的計算帶來困難，所以在（zài）兩加熱器外（wài）側各補上一塊相同厚度的試材並（bìng）加以保溫，這樣，電加熱器將同等地加熱其兩側的每塊試（shì）材，每塊試材內的溫度場對於電加熱（rè）器是對（duì）稱的。
兩個同樣的電加熱器是並聯（或串聯（lián））供電的。基於以上分析，試材表麵實驗所吸收的熱量應為：
六、實驗要求
1．預習實驗指導書，弄懂實驗（yàn）原理和實驗（yàn）方（fāng）法。
2．細心裝配試材，電加熱器和（hé）熱電偶，避（bì）免損壞（huài）。
3．根據實驗數據，繪出溫度變化曲線，計算（suàn）出試材的導熱係數、比熱（rè）容和導（dǎo）溫係數。
4．利用最優法原理，找出（chū）混合材料的最佳配比方案。
七、實驗數據記錄
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