稳态圆筒壁法自动测量颗粒导热系数的改进

稳态圆筒壁法自动测量颗粒导热系数的改进

第5 6卷第 4期 2004年 11月

有色金属No fro sM eas ne r u tl

Vo . 6. NO. 15 4No e b r 2 0 0 4 v m e

稳态圆筒壁法自动测量颗粒导热系数的改进张建智，孑民，周章世斌(中南大学能源与动力工程学院，沙长 4 0 3 1 8) 0

摘要：依据稳态圆筒壁法测量导热系数的原理，导出颗粒导热系数测量公式，推通过试验确定颗粒粒径、材料密度、料温材度与导热系数的关系。采用将细热电偶丝的两极拉成直线，接固定在圆筒上下端面的测温方法，持了物料中温度场的真实直保性。采用单片机简化了检测电路，少了过多元件的器件噪音，统的可靠性和稳定性高。减系

关键词：冶金技术；导热系数；稳态圆筒壁法；颗粒

中图分类号： F6 .; F 5文献标识码：文章编号：01 0 1(040— 16 4 T 082 T 3 5 B 10— 2 12 0 )4 0 4—0

导热系数是材料重要的热物性参数之一，征表

生的热流为一维稳态热流，温面为同轴的圆柱面。等 选定半径为 r处厚度为 d r的环状薄层，根据则 F ui定律，位时间通过这一薄层的热量如式 or r e单() 1所示。Q=一 2 r td ￣ Ld/ r () 1

物质热传导的能力。颗粒材料和粉末材料的应用十分广泛，别是对绝热和保温性能有严格要求的地特方 (冶金中的炉窑衬料或者结晶器保护渣等 )热如，物性性能对生产工艺过程和产品质量有着重要影响。因此测定颗粒和粉末材料的导热系数以及通过实验确定颗粒粒径、料密度及材料温度与导热系材数之间的关系就显得尤为重要。 自 J B.. o r r1 2 . J F ui 8 2年提出导热系数的物理 e

分离变量并积分得式 ( ) 2。t=一 Q/ 2 L) n (丌 l r+ C () 2

代人边界条件 r= r时， 1 t= t, 1 r= r时，2 2 t= t得式 ( )式 ( ) 2 3和 4。t 1=一 Q/ 2 L) n 1 C (丌 lr+ t 2=一 Q/ 2 L) n 2+ C (丌 lr () 3 () 4

意义之后…,研究者设计

了一系列的导热系数测试方法。测试材料的导热系数应该根据材料的特点和

测试要求，取合适的测试方法。而颗粒的热物性选与其相对应的大体积固体材料有明显的差异，导其

将式() 3一式 ( ) 4得式 ( ) 5和式 ( ) 6。

Q= ( 1 t )[ ("/ 1/ L] t一 2/I r,) 2 n 2-=

() 5 () 6

热系数不能用相应大体积固体的导热系数来代替， 必须通过试验测定。传统的测量方法使用电位差计、电压表、流表手动测定实验中的相关参数，电测量精度比较低，此，计一种基于 P C 6 8 6单因设 I 1F 7片机的自动测量颗粒材料导热系数的装置。

Ql( 1 r )[￣ t一 t) n r/ 2/2 L( 1 2]

中心热源用电热器加热，时假设圆筒轴向热同流可忽略， L长度上径向的热流 Q即为电热器的则

总发热率。以用伏特表和安培表分别测量电热器可的电压 (和电流 (, Q= U×J故有式 ( ) U) )则， 7。

1实验设计 1 1基本原理 .

= Uln r/ 1/2 L( 1 t) l( 2r)[￣ t一 2]

() 7

式 ( )即为测试装置计算导热系数的基本公 7式。只需测得工作端电流 (、 )电压 (、径 r与 u)半， r处的温度 t与 t和电热器的总长 L,可以计算 2 1 2就出材料的导热系数。1 2试验装置 .

根据 F ui导热微分方程 q=一 ga TE, orr e rd 设一长径比很大的圆筒壁的长度为 L,热系数为导,

均匀分布的热源处于圆筒的中心轴线上，径为半

r和 r处的温度分别对应于 t和 t,时沿径向产 1 2 1 2这收稿日期：0 4 8 1 20—0— 7基金项目：国家自然科学基金资助项目( 9 7 0 5 5663 )

系统主要由测试容器、热系统、温热电偶和加测数据采集与处理 4个基本单元组成。测试仪的简易装配如图 1所示。容器的上下端面为导热系数很小

作者简介：张建智 (9 7,, 1 7一)男福建永安人，师，士，讲硕主要从事检测技术研究与自动化装置设计。

的耐温绝热材料，防止轴向热损失。电热器要保以

证热量沿长度方向的均匀性，以保证一维稳态径向

导热。采用 K分度镍铬一硅热电偶作为感温元件镍

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第 4期

张建智等：稳态圆筒壁法自动测量颗粒导热系数的改进

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来测量粉末材料温度。要求热电偶丝较细，量点测小，且将热电偶丝正负极分开拉成直线沿轴向安并装，分别固定在圆筒上下端面，持一定的张力，保然

显示器上显示出来。所用仪表采用新型数码显示芯片 MA 2 9是带 8个 8段 L D或 6 X7 1, E 4个发光二极管的自动动态显示器件。加热供电系统和保护电路为控制加热器和防止单片机因系统断电和电压不足等引起软件故障而设计。 系统软件设计实现功能模块化，以便于调试、链接、移植和修改。运行状态实现标准化管理 _。单 4 J片机启动时，执行初始化程序，各个寄存器清先将零，后设置断口的输人和输出状态，开定时器设然打定中断时间， D转换通道和采样时间等等，且 A/并开始响应中断处理模块，动加热器控制单元，启进行试验数据采集、大、波、 D转换和计算、据放滤 A/数

后延伸至电位差计接线端子。数据处理采用计算机编程处理。测量点固定在圆筒长度方向的中间位置。定位卡以保证装料时测温点不发生偏移，位定

卡要薄，能耐高温。电源为交流可调恒压源。试且验中，用沙子作为测试对象，粒径大小分成 3选按

组。沙子属于硅酸盐物质，多材料中都要用到，很长时间处于高温下不产生成分变 …… 此处隐藏：7350字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……