資源描述：
《瞬態(tài)熱線法測量導(dǎo)熱系數(shù)及誤差分析.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、趙麗:瞬態(tài)熱線法測量導(dǎo)熱系數(shù)及誤差分析13瞬態(tài)熱線法測量導(dǎo)熱系數(shù)及誤差分析MeasureHeatCondctionCoefficientByInstantaneousHeatRayMethodandErrorAnalysis趙麗(哈爾濱市計量檢定測試院,黑龍江哈爾濱150036)摘要:本文從瞬態(tài)熱線法導(dǎo)熱系數(shù)測量原理及其理論模型著手,推導(dǎo)了測量導(dǎo)熱系數(shù)的微分方程,然后從導(dǎo)熱系數(shù)微分方程出發(fā),引出了測量裝置的原理分析。關(guān)鍵詞:熱擴散;熱線1瞬態(tài)熱線法原理q4tTid(r0,t)=1n2(9)一根無限長的、垂直的具有無限大導(dǎo)熱系數(shù)和熱容4kr0C對上式兩邊進行微分得:量為
2、零的線源豎直插入液體中,液體和線源在初始時刻qdT處于熱平衡,平衡溫度為T0,當(dāng)突然給線源加恒定的熱k=/(10)4d(1nt)流q,熱量完全從線源傳遞給液體。如果定義距離線源r式(10)就是瞬態(tài)熱線法的基本方程式。如果獲得了處的液體溫升為T(r,t),則Carslaw等給出了如下的表T對Int曲線斜率,就可以確定流體的導(dǎo)熱系數(shù)。從以上達式取過余溫度(r,t)=T(r,t)=T(r,t)=T(r,t)推導(dǎo)可以看出,實際的熱線測量裝置均不可避免地帶來-T0(1)與理想模型的偏差,但通過合理的設(shè)計,可以使瞬態(tài)熱線則液體中熱擴散問題的導(dǎo)熱微分方程為:裝置盡可能地與理想模型相近,將其帶來的誤
3、差控制在21=2+(2)很小的范圍內(nèi),甚至可以忽略不計。trrr2測量裝置工作原理單值條件:瞬態(tài)熱線法是一種用于測量流體(包括液體、氣體)導(dǎo)t=0=0(3)熱系數(shù)的方法,具有速度快、精度高的特點。由于瞬態(tài)熱線r=0-2r=q(4)法測量液體和氣體的導(dǎo)熱系數(shù)時,測量時間極短,能夠成功r=0(5)避免自然對流的影響,且熱線既作加熱器又作溫度計,免去2了復(fù)雜的裝置結(jié)構(gòu),所以是目前公認(rèn)最精確的方法之一。為液體的熱擴散系數(shù),m/s;t為線熱源加熱開始的時間,s;q為單位長度的線源發(fā)熱功率(常量),W/m;瞬態(tài)熱線法可以分為單熱線法與雙熱線法,單熱線九為液體
4、的導(dǎo)熱系數(shù),W/(mK)。解此方程,得:與雙熱線的最大區(qū)別在裝置主體部分熱線數(shù)目是一根還qr2是兩根。單熱線法裝置結(jié)構(gòu)相比于雙熱線裝置結(jié)構(gòu)要稍T(r,t)=T(r,t)-T0=-E1(-)(6)4k4t簡單,部分學(xué)者認(rèn)為單熱線法測量導(dǎo)熱系數(shù)時無法消除E1(x)為指數(shù)積分,由下式求得:熱線的端部效應(yīng)造成的誤差,而瞬態(tài)雙熱線法通過長短0-ye2兩根熱線端部效應(yīng)相抵正好彌補了這個不足。本實驗E1(x)=dy=--1nx+0(x)(7)xy中,由于焊接熱線時很難確保焊點的形狀、尺寸大小,且式中,是歐拉常數(shù)(其值為05772157)。當(dāng)線源端部效應(yīng)造成的誤差很小,所以本實驗采用了單熱
5、線法的半徑為r0,假定r=r0處,線源表面與液體具有相同的測量導(dǎo)熱系數(shù)。2r溫度T(r0,t),且比較小,則可以得到根據(jù)式(10)得出了導(dǎo)熱系數(shù)k與熱線溫度T及時間4tTid(r0,t)=T(r0,t)-T0的關(guān)系,如果能夠通過實驗裝置測出熱線T對Int的曲線2斜率,那么導(dǎo)熱系數(shù)就可以確定。本實驗中,將熱絲(電q4tr0=4k1nr2+4t+(8)阻比大)與兩個定值電阻、一個可變電阻構(gòu)成Wheatstone0C式中,C=exp()。如果線源的半徑足夠小以至于電橋,如圖1。通過穩(wěn)壓電源給Wheatstone電橋突然加電式(8)右邊括號內(nèi)第二項比Tid(r0,t)的001%還要
6、小,壓,熱線在電壓的作用下溫度T隨時間上升,而熱線的電則線源溫度的變化與液體導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系式為:阻Rw又隨溫度的上升而增加,那么由電橋電壓Vb就能14計量與測試技術(shù)2011年第38卷第5期得出溫度T與時間t的關(guān)系。于250才能夠確保軸向傳熱帶來的誤差小于02%。Rw=(Vb+R3i2)/i1(11)(3)液體有限邊界的影響。Rw=(Vb+R3i2)R1/(R2i2-Vb)(12)由于受液體有限邊界的影響,在熱絲加熱一段時間又i2=Vt/(R3+R2)(13)后,熱擾動到達液體邊界,不再滿足無限大介質(zhì)條件。2R1,R2為定值電阻,Rw為熱線電阻,R3為可變電阻b-4Heal
7、y曾推導(dǎo)過,>5783時,造成的偏差為10,b為at玻璃管的內(nèi)徑。本實驗b為205mm,滿足要求。(4)輻射換熱與自然對流的影響。由于測量過程中溫升很小且鉑絲非常細(xì),輻射換熱的影響是非常小的,所以完全可以忽略輻射換熱的影響。在測試過程中,隨著靠近鉑絲的液體的溫度上升,液體溫度不再平衡,會產(chǎn)生自然對流。圖2所示為自然對圖1Wheatstone電橋流發(fā)生后所測結(jié)果。VbR1(R2+R3)+V1R1R3Rw=
