实验简介

材料的导热系数、导温系数等热物性参数不仅是衡量材料能否适应具体热过程工作需要的数量依据， 而且是对特定热过程进行基础研究、分析计算和工程设计的关键参数。在传热学的研究中，热物性测 试方法和技术的研究具有特别重要的意义。本实验采用非稳态导热原理，建立了导温系数的测试装置， 通过快速采集温度与时间的关系，利用工控软件组态王6.5等工具，开发了数据采集与处理系统和流程实时仿真系统。

仿真实验意义

通过仿真实验，可以进行导温系数测定实验流程的模拟操作。解决了导温系数测定实验过程中的预习难、 实验讲解难、实验操作难、练习难、数据处理难、实验考核难、实验教学管理难等一系列问题，提高了教与学的质量。

仿真实验目的

通过导温系数仿真系统，学生可以了解导温系数测定实验的的目的、原理、 设备、操作流程以及数据处理方法等。学习装置中各个部件的名称、用途。通 过模拟仿真操作，学生掌握导温系数测定实验的操作流程及每一步操作会产生 的响应。了解非稳定导热的原理及非稳定法测定导温系数的方法。

实验装置及流程

实验装置由试样管，恒温水浴和温度记录仪组成。循环热水由泵2从恒 温水浴中流出经流量计3，先经旁路管，待温度稳定后，迅速打开通道管 阀口（a，d），关闭旁路阀（c），与此同时由电位差计8记下毫伏数（表示温度）和相应的时间。

1—恒温水浴；2—循环水泵；3—转子流量计；4—热电阻；5—试样管；6—通道管；7—控制面板；8—电子电位差计；a~g—阀门

实验原理

将初始温度均匀的试样管，迅速置于一温度较高的恒温（Tb）环境中，使其处于一维（径向） 非稳态导热状态。根据试样中心温度（T）随时间（t）的变化规律，确定试样物料的导温系数 （m²/s）。

实验所用的试样管由薄壁铜管构成（管径为Φ25×1.5mm，管长为450mm）。在试样管中心植入热电阻， 结构示意于图1。管内装填被测物料，由于管径与管长之比约为1:20，故试样管内的传热过程可按无限 长圆柱的非稳态一维导热过程处理，非稳态一维导热方程表达式为：

初始条件：

t=0,T=T₀ (初始温度)

边界条件；

(水浴温度)

用分离变量法求解式（1），代入定解条件可得特解，其特解为含有贝塞尔函数的无穷级数解，如下：

当傅里叶准数时间 时，方程（2）收敛极为迅速，故可取上述级数解的第一项（n=1）即可满足要求。 当毕渥特准数Bi>100时， 趋于一常数。对式（2）两边取对数，并整理得：

方程（3）为一线性方程，式中 ，C为常数。如用对数温差 对时间t作图，可得斜率A，于是物料的导温系数a 可由下式获得：

仿真实验特点

仿真实验中包括实验预习、实验设备、实验流程、实验操作、数据采集、数据处理、实验报告八个部分。

导温系数测定仿真实验特点：

（1）具有实验设备流程图，学生可以通过系统进行实验的整个流程的操作，实现操作部件与设备内部物流的正确物流响应关系；

（2）可以让学生熟悉实验流程，掌握实验及各部分零部件的工作原理；

（3）实现预习、练习、测试一体化效果。