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导热系数测定的浅析及散热修改
作者:管理员    发布于:2014-02-18 08:29:13    文字:【】【】【
  良导体导热系数测定装置如图1所示,当达到稳态时,忽略金属棒侧面散热,一般认为在t时间通过金属棒的横截面A、横截面B传递的热量相等,也就等于水吸收的热量,博山清水泵即:(1)实际上,侧面散热不可避免,沿金属棒长度(x轴)方向各个很截面传递的热量必不相等,由(1)式计算出的导热系数误差较大,的实验结果必须对A、B两截面间传递的热量进行散热修正。考虑热量散失,可将通过A截面传递的热量修正如下:(2)将金属棒及其周围空气层看作半径不同的圆柱筒壁组成,达到稳态时,通过金属棒和空气层不同半径圆筒壁的热量应相等。由导热微分方程可得到半径为r,环带面元的圆筒壁向空气层传递的热量:(3)比值随位置x变化,在同一,不同半径处为常数。若考虑(4)将金属棒表面视为灰体,由热辐射换热理论可知,半径为的金属棒表面环带面积元的辐射热量为:(5)其中,为表面发射系数,铜金属棒的为0.6 ̄0.7.当金属棒周围裸露在空气中,无外壳包裹时,为环境温度,为处金属棒表面温度。
  考虑到为A截面的表面温度,为B截面的表面温度,则金属棒侧向热辐射总热量为:(6)由对流换热理论可知,半径为的金属棒表面面积元与环境间的对流换热为:(7)圆柱体金属棒的对流换热系数,将(7)式积分可得:(8)如前所述,若考虑到热量在金属棒中由A向B传递过程中朝侧面以热传导、热辐射以及对流散失的热量,则通过金属棒A截面传递的总热量应为:由上式可得出导热系数:(9)考虑到将视为为常数,且在中出现了两个表面测温点和,则在金属棒上一共有四个测温点,这可对原有实验装置进行改进而实现。所有的温度计均采用点接触式的热电偶温度计,将原有A和B截面中心的测温点分别改为A和B圆形截面的R/2处,同时在A截面处的表面增加测量的测温点,在B截面处的表面增加测量的测温点。则:将上式代入式(9)中,可得:(10)将热传导系数公式(10)和由(1)式得出的导热系数进行比较可知,由(1)式得出的结果偏低。同时由(10)式可知,在实验装置中增加绝热层减少侧面散热能有效减小系统误差,从理论上得出的上述两点结论可由以有的实验所验证。此外,由于导热系数随温度变化,而金属棒各处温度不等,那么实验中所测得的导热系数应为平均导热系数。
  金属棒与环境间的热量传递模型2金属棒侧向热传导热量,金属棒侧向热辐射热量4金属棒与环境间的对流换热5散热修正后导热系数,其中:为导热系数的待测值,为金属棒横截面积。其中:为加热端金属棒横截面传递的热量,即为通过截面A传递的热量,为水吸收的热量,为金属棒侧向热传导热量,为侧向热辐射热量,为对流交换热量。其中:分别是半径为处的圆筒壁温度。
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