[發(fā)明專利]一種簡易測量液體導(dǎo)熱系數(shù)的實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110939441.8
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113640345B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 焦冬生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發(fā)明涉及一種簡易測量液體導(dǎo)熱系數(shù)的實驗裝置，該裝置包括兩根上下分布的金屬圓柱，其中上端圓柱作為熱源，下端圓柱作冷源，上端圓柱的下圓柱端面和下端圓柱的上圓柱端面相對設(shè)置，在所述下圓柱端面和所述上圓柱端面上分別以圓柱中心為圓心設(shè)置一個圓形槽道用于放置O形圈，放置該O形圈后，熱源和冷源之間構(gòu)成測液腔，在上端圓柱和下端圓柱相對的圓柱端部且靠近待測液體附近沿圓周方向分別開設(shè)多個測試孔，該測試孔內(nèi)放置溫度傳感器用于測試?yán)湓春蜔嵩礈囟?。將本裝置測量并進一步計算得到的參數(shù)帶入導(dǎo)熱系數(shù)計算公式即可得到液體導(dǎo)熱系數(shù)。本發(fā)明實驗原理明確，結(jié)構(gòu)簡單，易于測試，設(shè)備成本低，有利于推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳熱學(xué)和傳熱實驗教學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種簡易測量液體導(dǎo)熱系數(shù)的實驗裝置。

背景技術(shù)

傳熱實驗中，基于平板法測量液體導(dǎo)熱系數(shù)的實驗理論是根據(jù)傅立葉定律導(dǎo)出的一維平板熱傳導(dǎo)方程，即：

對式子(1)進行變換得到計算導(dǎo)熱系數(shù)的公式：

測量出上式右邊的有關(guān)參數(shù)即可計算出液體的導(dǎo)熱系數(shù)k(Wm^-1K^-1)值。上式中A(m²)為熱功率Q(W)垂直穿過待測液體的面積；T_h(K),T_c(K)分別為待測液體的熱面和冷面的溫度；δ(m)為測試液體的厚度。

為了抑制液體因溫差而產(chǎn)生的自然對流，影響導(dǎo)熱系數(shù)的測量，通常采用頂部加熱的措施。通常熱量Q由電加熱器或接恒溫水浴的換熱器提供。而電加熱器的功率用下式(3)更容易測量，且測量精度高，

Q＝IU (3)

上式中I(A)為電流，U(V)為電壓。

用恒溫水浴提供熱量則用下式計算

(4)式中，為質(zhì)量流量，C_p(Jkg^-1K^-1)為定壓比熱，△T(K)為前后溫差，該式所測參數(shù)多，引入的系統(tǒng)誤差也大。所以實驗常采用公式(3)做熱量測量和計算依據(jù)。

為了保證電加熱器的熱量盡可能多的垂直穿過液體達到冷面，在測試系統(tǒng)周圍用低導(dǎo)熱系數(shù)的材料做成的隔熱層，既降低熱損又能降低外界干擾，保證測試環(huán)境的穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

為了達到實驗原理明確，結(jié)構(gòu)簡單，易于測試，便于學(xué)生安裝調(diào)試和實踐操作的效果，本發(fā)明提供了一種簡易測量液體導(dǎo)熱系數(shù)的實驗裝置，以期提高教學(xué)質(zhì)量，并且該設(shè)備成本低，有利于推廣。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：

一種簡易測量液體導(dǎo)熱系數(shù)的實驗裝置，該裝置包括兩個上下分布的金屬圓柱，其中上端圓柱作為熱源，內(nèi)置電加熱器，電加熱器與直流電源相連，通過調(diào)節(jié)電壓控制所述熱源溫度，下端圓柱作冷源，內(nèi)置水冷散熱器，該水冷散熱器連接恒溫水浴，以維持冷源恒溫；

上端圓柱的下圓柱端面和下端圓柱的上圓柱端面相對設(shè)置，在所述下圓柱端面和所述上圓柱端面上分別以圓柱中心為圓心設(shè)置一個圓形槽道，圓形槽道的截面為圓形的一部分，所述圓形槽道用于放置O形圈，放置該O形圈后，熱源和冷源之間構(gòu)成測液腔，熱源的熱量將通過待測液體、O形圈向冷源傳遞；與測試液體接觸的圓柱端面用數(shù)控機床銑平。

在上端圓柱和下端圓柱相對的圓柱端部且靠近待測液體附近沿圓周方向分別開設(shè)多個測試孔，該測試孔內(nèi)放置溫度傳感器用于測試?yán)湓春蜔嵩礈囟取?/p>