热流仪法测定材料的当量导热系数
一、实验目的
巩固和深化导热过程的基本理论，学习热流仪测定材料的导热系数，并观察非稳定条件下物体表面热流与温度的变化情况 。
二、实验原理
①热流仪原理如图1-1所示：
Q
图1—1. 热流仪原理简图
当稳定热流Q 穿过一面积F 值大于厚度δ三个数量级以上的正方薄形导热体时，我们可以认为该薄形导热体内处于一维稳定导热状况，于是根据付利叶定律：
λ
(t 1-t 2) F 〔w 〕 （1—1） δλ
=∆tF
δ
对用作热流仪探头的具体薄形导热材料（通常为硅橡胶），由于其面积、厚度及导热系数λ都是固定的，因此经过技术处理，其两表面的温差热电堆（若干对热电偶串联以增加灵敏度）信号就能直接显示出流过其内部单位面积上的热流量即热流密度:
2
q= f (△t ) 〔w/m〕 （1—2）
Q =
②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试验，往往不能只在一种实验设备上进行。本实验就是用热流仪来测定复合材料的当量导热系数：
K= f(λ1, λ2, λ3, 、、、, λn ) 〔w/m℃〕 （1—3）
本实验是根据在一维稳态情况下，用热流仪测量通过冰箱门壁的热流量q 及其两面的温差与厚度，来确定由防护塑料、发泡保温材料以及钢板等复合而成的冰箱门导热系数。
我们知道，通过平板的稳定导热量为
Q =
λ
(t 1-t 2) F 〔w 〕 （1—4） δ
测试时，如果将平板两面温差 Δt =t 1-t 2、平板厚度δ、垂直热流力向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，
k =
q δ
〔w/m℃〕 （1—5） t 1-t 2
需要指出的是，由于导热系数会随温度变化，所以我们必须定义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 m =
t 1+t 2
〔℃〕 （1—6）2
三、实验装置及测量仪器
该实验的电器连接图和实验装置如图1—2。
图1—2 试验台的电器联接图
① 热流仪探头 ② 电位差计
③ 多点热流仪（HFM-215） ④ 热电偶 ⑤ 加热器 ⑥ 冰箱 以及卡尺等
四、实验方法和步骤
1．先测被测件的厚度。(本实验冰箱门厚度n=55mm)
2．按图1-1联接并仔细检查各接线电路。用电位差计测热电偶两端的电压确定温差。本实验所用的热电偶的压温转换系数是：33uV/℃。
3．从热流仪上读取稳态时的热流密度和冰箱内表面温度。 4．计算当量导热系数与平均温度
5. 切断冰箱内加热器后， 每隔一段时间(10——15min ) 进行一次热流、温度记录，至少测6点数据。
6. 测试结束后，关闭各带电的仪器设备。
五、实验记录及结果处理
① 测定当量导热系数
q = ; n = ; u = t 1= t 2= ； k=
② 实验表格
将所得数据带入：λ=
Q ⋅δ
，计算出被测件的导热系数。 ∆t ⋅F
画出热流、内壁温度随时间的变化曲线，分析该曲线各自特点，为什么？
③ 实验数据整理成曲线
图1—3 实验过程曲线(升温过程举例)
热流仪法测定材料的当量导热系数
一、实验目的
巩固和深化导热过程的基本理论，学习热流仪测定材料的导热系数，并观察非稳定条件下物体表面热流与温度的变化情况 。
二、实验原理
①热流仪原理如图1-1所示：
Q
图1—1. 热流仪原理简图
当稳定热流Q 穿过一面积F 值大于厚度δ三个数量级以上的正方薄形导热体时，我们可以认为该薄形导热体内处于一维稳定导热状况，于是根据付利叶定律：
λ
(t 1-t 2) F 〔w 〕 （1—1） δλ
=∆tF
δ
对用作热流仪探头的具体薄形导热材料（通常为硅橡胶），由于其面积、厚度及导热系数λ都是固定的，因此经过技术处理，其两表面的温差热电堆（若干对热电偶串联以增加灵敏度）信号就能直接显示出流过其内部单位面积上的热流量即热流密度:
2
q= f (△t ) 〔w/m〕 （1—2）
Q =
②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试验，往往不能只在一种实验设备上进行。本实验就是用热流仪来测定复合材料的当量导热系数：
K= f(λ1, λ2, λ3, 、、、, λn ) 〔w/m℃〕 （1—3）
本实验是根据在一维稳态情况下，用热流仪测量通过冰箱门壁的热流量q 及其两面的温差与厚度，来确定由防护塑料、发泡保温材料以及钢板等复合而成的冰箱门导热系数。
我们知道，通过平板的稳定导热量为
Q =
λ
(t 1-t 2) F 〔w 〕 （1—4） δ
测试时，如果将平板两面温差 Δt =t 1-t 2、平板厚度δ、垂直热流力向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，
k =
q δ
〔w/m℃〕 （1—5） t 1-t 2
需要指出的是，由于导热系数会随温度变化，所以我们必须定义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 m =
t 1+t 2
〔℃〕 （1—6）2
三、实验装置及测量仪器
该实验的电器连接图和实验装置如图1—2。
图1—2 试验台的电器联接图
① 热流仪探头 ② 电位差计
③ 多点热流仪（HFM-215） ④ 热电偶 ⑤ 加热器 ⑥ 冰箱 以及卡尺等
四、实验方法和步骤
1．先测被测件的厚度。(本实验冰箱门厚度n=55mm)
2．按图1-1联接并仔细检查各接线电路。用电位差计测热电偶两端的电压确定温差。本实验所用的热电偶的压温转换系数是：33uV/℃。
3．从热流仪上读取稳态时的热流密度和冰箱内表面温度。 4．计算当量导热系数与平均温度
5. 切断冰箱内加热器后， 每隔一段时间(10——15min ) 进行一次热流、温度记录，至少测6点数据。
6. 测试结束后，关闭各带电的仪器设备。
五、实验记录及结果处理
① 测定当量导热系数
q = ; n = ; u = t 1= t 2= ； k=
② 实验表格
将所得数据带入：λ=
Q ⋅δ
，计算出被测件的导热系数。 ∆t ⋅F
画出热流、内壁温度随时间的变化曲线，分析该曲线各自特点，为什么？
③ 实验数据整理成曲线
图1—3 实验过程曲线(升温过程举例)