亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于Arduino的熱線法測量流體導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散率的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        2021-11-06 04:00:08徐汝陽邱智宇蘇桂鋒肖桂娜
        物理通報(bào) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:熱擴(kuò)散開發(fā)板熱線

        徐汝陽 邱智宇 蘇桂鋒 肖桂娜

        (上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院物理系 上海 200234)

        導(dǎo)熱系數(shù)是用于表征材料導(dǎo)熱性能的一個(gè)參數(shù),熱擴(kuò)散率說明物體傳導(dǎo)熱量速度的快慢,通過確定導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散率可以區(qū)分各種物質(zhì)是否適合作為導(dǎo)熱材料或保溫材料.工業(yè)上的大型儀器能夠精確測量出流體的導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散率,但成本較高,不適用于實(shí)驗(yàn)室研究或日常測量.本文采用瞬態(tài)熱線法作為理論模型,通過降低成本、簡化裝置,設(shè)計(jì)了基于Arduino平臺(tái)的測量流體熱擴(kuò)散率和導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn).

        1 理論推演

        在諸多測量流體的導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散率的方式中,瞬態(tài)熱線法被廣泛認(rèn)為是精確度最高的方式之一.通過直接測量出導(dǎo)熱系數(shù)并建立關(guān)系,便可求得流體熱擴(kuò)散率[1].由于熱線法測量實(shí)驗(yàn)裝置簡單,測量范圍廣泛,本裝置采用交叉熱線法進(jìn)行流體導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散率的測量.

        1.1 實(shí)驗(yàn)理論模型——熱線模型

        將一根長度為l,半徑為r0的金屬線作為熱源置于被測試樣品的幾何中心,如圖1所示.

        圖1 置于被測流體中的熱線

        1.2 無限大非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型

        假設(shè)被測試樣品是密度為ρ、比熱容為c的均勻流體,其初始溫度為T0,測量其導(dǎo)熱率λ與熱擴(kuò)散率a.

        當(dāng)t=0時(shí),接通加熱裝置使熱線升溫,升溫后測得溫度T,設(shè)ΔT=T-T0為加熱后的溫升.假設(shè)熱線的熱量不會(huì)向兩軸向傳播.在柱坐標(biāo)下建立一維瞬態(tài)導(dǎo)熱微分方程[1]

        (1)

        t>0 0

        式(1)中r是柱坐標(biāo)中坐標(biāo)變量,而a為被測流體的熱擴(kuò)散率.

        由初始條件以及邊界條件可知

        ΔT(r,t)=0t=0

        (2)

        r=r0ΔT(r,t)=0r=∞

        其中r0為熱線的徑向坐標(biāo)值.

        經(jīng)過拉普拉斯變換后,導(dǎo)熱系數(shù)可表示為

        (3)

        式(3)中

        式中γ為歐拉常數(shù),γ≈0.577.

        因此,在已知該熱線的線功率的情況下,通過所測得的溫升與時(shí)間的關(guān)系便可以通過計(jì)算求得被測流體的導(dǎo)熱系數(shù)以及被測流體的熱擴(kuò)散率.

        1.3 交叉熱線法測量技術(shù)

        為了能夠通過間接測量溫升與時(shí)間參量,并通過曲線或線性擬合后得到某種流體的導(dǎo)熱率與熱擴(kuò)散率進(jìn)行技術(shù)上的進(jìn)一步處理,在此我們使用交叉熱線法的測量技術(shù),示意圖如圖2所示.

        圖2 瞬態(tài)交叉熱線法示意圖

        (4)

        式中C=eγ≈1.78.

        由以上推導(dǎo),我們便可以看到ΔT與lnt之間的關(guān)系.因此我們可根據(jù)所測得數(shù)據(jù)繪制ΔT-lnt圖像,并通過線性擬合的方式求得該曲線的斜率與截距,也就是A與B的值.隨后,我們便可通過以下計(jì)算求得被測流體的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散率.

        被測流體的導(dǎo)熱系數(shù)為

        (5)

        被測流體的熱擴(kuò)散率為

        (6)

        2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        本實(shí)驗(yàn)需要使用Arduino UNO-R3開發(fā)板(圖3)、采用防水型不銹鋼探頭的DS18B20溫度傳感器作為數(shù)據(jù)采集裝置,鎳鉻線、電池、導(dǎo)線、電工膠帶及其他耗材作為加熱裝置.除此之外,也需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)用于接收、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作包括:為開發(fā)板上傳溫度傳感器的程序代碼;將各部件組裝完成,并將開發(fā)板與計(jì)算機(jī)相連,以便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的傳輸及記錄.實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖如圖4所示.

        圖3 Arduino UNO-R3 開發(fā)板

        圖4 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

        實(shí)驗(yàn)過程主要分為以下幾步:

        (1)將測溫裝置放入待測液體并靜置液體至均勻狀態(tài),可得其初始溫度T0.

        (2)接通電源并開始測量,通過Arduino的串口監(jiān)視器窗口記錄數(shù)據(jù).

        (3)通過所測得的數(shù)據(jù),繪制ΔT-lnt圖像,并對(duì)所得曲線線性擬合,通過擬合出直線的斜率A與截距B的值計(jì)算出液體的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散率.

        3 數(shù)據(jù)測量與分析

        3.1 理論值

        本實(shí)驗(yàn)采用水作為待測流體,其密度ρ=1×103kg/m3,比熱容c=4.2×103J/(kg·K),在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的導(dǎo)熱率與熱擴(kuò)散系數(shù)的理論值如表1所示[3,4].

        表1 水的物性參數(shù)

        3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        圖5 298 K水ΔT-ln t圖像

        由圖像可知初始時(shí)刻加熱源尚不穩(wěn)定,上升趨勢仍為曲線.當(dāng)lnt大于2小于4.5時(shí),ΔT-lnt曲線可近似為直線,但當(dāng)lnt大于4.5時(shí),該曲線逐漸不可再近似為直線.因此我們在數(shù)據(jù)擬合時(shí)需要選擇最佳的測量時(shí)間[6,7],如圖6所示.圖7為303 K的水ΔT-lnt圖像最佳測量時(shí)間.

        圖6 298 K水ΔT-ln t圖像最佳測量時(shí)間

        圖7 303 K水ΔT-ln t圖像最佳測量時(shí)間

        通過圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn),在20.331~75.723 s的區(qū)間中,擬合直線與原曲線較為契合.因此,選取這一測量區(qū)間進(jìn)行分析時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)較為精確.

        3.3 誤差分析

        確定了最佳測量時(shí)間后,我們再次對(duì)298 K的水的導(dǎo)熱率與熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行5次測量并進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理,其結(jié)果如表2所示.

        表2 298 K水的導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散率

        當(dāng)時(shí)間區(qū)間為20.331 s至75.723 s時(shí)圖像曲線最接近直線,曲線擬合結(jié)果如下:298 K水ΔT-lnt曲線斜率的值為3.875,截距的值為-1.983.本次實(shí)驗(yàn)所使用的熱線的線功率為

        4 結(jié)論

        本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基于瞬態(tài)交叉熱線法對(duì)流體導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行測量,在理論上依據(jù)無限大非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn)采用交叉熱線法,測量溫升ΔT與時(shí)間對(duì)數(shù)lnt并繪制ΔT-lnt圖像.在圖像上選擇最佳的測量時(shí)間并保障足夠長的有效測量時(shí)間,通過線性擬合計(jì)算出特定流體的導(dǎo)熱系數(shù)與熱擴(kuò)散率.相較于工業(yè)用儀器的昂貴價(jià)格,本實(shí)驗(yàn)裝置基于Arduino平臺(tái),利用Arduino UNO-R3開發(fā)板、DS18B20溫度傳感器與鎳鉻線制成的加熱裝置等材料搭建儀器,將每臺(tái)裝置的成本控制在30~40元人民幣左右,并在誤差允許的范圍內(nèi)準(zhǔn)確通過線性擬合方式測量出特定密度與比熱容的流體的熱擴(kuò)散率與導(dǎo)熱系數(shù),更易于學(xué)生開展實(shí)驗(yàn).

        猜你喜歡
        熱擴(kuò)散開發(fā)板熱線
        車載動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控分析與研究
        離散波導(dǎo)熱擴(kuò)散耦合機(jī)理及其應(yīng)用*
        96365健康熱線 有問必答 有求必應(yīng)
        96365健康熱線 有問必答 有求必應(yīng)
        96365健康熱線 有問必答 有求必應(yīng)
        基于熱擴(kuò)散原理的壓力容器水位測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        科技視界(2018年27期)2018-01-16 11:27:18
        Microchip最新推出兩款PIC32 Curiosity開發(fā)板
        淺析單片機(jī)開發(fā)板的設(shè)計(jì)與制作
        電子制作(2017年22期)2017-02-02 07:10:14
        淺談熱式質(zhì)量流量計(jì)的原理及應(yīng)用
        Mouser為您呈上開發(fā)關(guān)鍵之STMicroelectronics Nucleo開發(fā)板
        国产精品无码一区二区三级| 亚洲免费观看一区二区三区| 日韩精品视频中文字幕播放| 激情综合五月婷婷久久| 激性欧美激情在线| 9191在线亚洲精品| 亚洲一区二区三区在线观看| 亚洲精品视频1区2区| 国产精品久久777777| 日本五月天婷久久网站| 国产日韩亚洲中文字幕| 一区二区三区日本伦理| 亚洲 卡通 欧美 制服 中文| 国产nv精品你懂得| 白色月光在线观看免费高清| 国产麻豆精品传媒av在线| 亚洲欧美日韩在线不卡| 免费在线视频一区| 91成人自拍视频网站| 亚洲综合极品美女av| 国产精品久久久久久影视 | av免费在线观看在线观看| 亚洲在线视频免费视频| 国产精成人品| 亚洲av高清在线观看三区| 中文字幕乱码一区在线观看| 麻豆蜜桃av蜜臀av色欲av| 国产精品午睡沙发系列| 国产自产21区激情综合一区| 丰满人妻猛进入中文字幕| 国产精品综合一区二区三区| 久久这里只精品国产2| 精品亚洲在线一区二区| 国内揄拍国内精品少妇| 亚洲午夜精品久久久久久人妖 | 97久久成人国产精品免费| 日韩精品视频免费网站| 真多人做人爱视频高清免费 | 亚洲av成人一区二区三区色| 久久久国产精品123| 人妻av中文字幕无码专区|