论文总字数：20663字

摘 要

本文采用一维稳态热传导的方法来测量材料的导热系数，使用cut-bar方法构造实验装置，将圆盘形样品放在两个已知导热系数的金属材料之间，施加压力并加紧。使用外热源对一端金属棒进行加热，通过热电偶分别测量出两端金属棒的温度分布，进而推知试样沿轴向的温度分布。根据傅里叶导热方程式，在已知温度分布，加热功率和横截面积的前提下，可以推导出材料的导热系数。本文在明确试验目的和试验方案的前提下，使用Solidworks进行模型的建立，并利用Ansys软件对其进行了热力学分析，得出了加热过程中材料的温度分布情况。加工过程中，在充分考虑易加工性，经济成本等因素的前提下，使用铝合金和黄铜作为主要材料进行实验装置的搭建。为了使温度分布较为明显，应在非加热端安装热沉，使得两端温差尽量地大，这样可以有效地减少实验误差。为了保证热流通过实验装置时是一维热传导，可以在样品和金属棒周围包裹绝热材料，同样可以减少误差。使用本实验装置进行多次试验，得出的实验数值与实际数值相差较小，实验方案视为可行。

关键词：稳态热传导，热电偶，导热系数

Abstract

This experimental device uses one-dimensional steady state heat conduction method to measure the thermal conductivity of disklike materials. Applying pressure using compressed air, the sample is clamped between two metallic bars whose thermal conductivity is known, and thereby the name “cut-bar”method. The thermal conductivity of the sample can be obtained by heating up the two bars and the sample using a cartridge heater and recording the temperature profiles of the two bars using thermocouples along the axial direction. According to Fourier’Law, with known temperature gradient, heating power and cross-sectional area, the thermal conductivity of the sample is obtained. Under the premise of clarifying the purpose of the experiment and the experimental scheme,the model was established using Solidworks,and the heat transfer analysis is performed using a commercial software, Ansys. The temperature gradient of the material during the heating process is obtained.,Under the premise of taking full account of factors such as ease of processing and economic cost, I decide to use aluminum alloy and brass as the main materials of the experimental device construction.In order to make the temperature distribution more obvious,a heat sink should be installed at the non-heating end.The heat sink can make the temperature difference between both ends as large as possible, and reduce the experimental error effectively.In order to ensure that the heat flow through the experimental device is one-dimensional heat conduction,it is better to wrap the insulation material around the sample and the metal rod, which can also reduce the error.Use this experimental device to perform several tests, the experimental values obtained are slightly different from the actual values, so the experimental scheme is considered as feasible.

KEY WORDS:steady-state,thermocouple,thermal conductivity

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究发展进程 1

第二章 方案论证 4

2.1 实验原理 4

2.2 实验方案 4

2.2.1 方案一 4

2.2.2 方案二 5

2.2.3 方案优化 9

1. 建模过程 12

3.1 建模软件 12

3.2 建模过程 12

3.2.1 零件建模 12

3.2.2 装配体建模 13

3.3 遇到的问题 14

第四章 热学分析 15

4.1 有限元分析 15

4.2 软件介绍 15

4.3 热力学分析过程 16

4.3.1 前期处理 16

4.3.2 分析阶段 16

第五章 加工和组装 17

5.1 零件加工 17

5.1.1 使用钻床打孔 17

5.1.2 使用切割机 18

5.1.3 底座的加工 18

5.2 组装和调试 18

第六章 实验数据 20

6.1 测试过程 20

6.2 数据处理 20

6.3 遇到的问题 23

第七章 总结与展望 24

致谢 25

参考文献 26

绪论

研究背景

随着社会的不断发展和科技水平的提高，各种性能优异的新型材料正在广泛的应用于实际生活中，导热系数作为判断材料优劣性能的一个重要参数，越来越为人们所重视。

进入新世纪以来，人们对于材料的研究开始重视起来，在国家战略层面也对这一领域加大了重视力度，其它学科的发展也要求制备出性能更加优异，更加符合人们日益增加的要求的新材料。随着相关技术的迅猛发展，制备出性能优异的材料也逐渐成为了现实。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20663字