導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試方法和裝置-第四章

1、第四章 導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試方法和裝置、測(cè)試方法分類穩(wěn)態(tài)法按熱流 的狀態(tài) 分設(shè)計(jì)一種裝置， 把熱流約束在 規(guī)定的方向，又 可把穩(wěn)態(tài)法分 為縱向熱流法非穩(wěn)態(tài)法橫向熱流法按是否直接 測(cè)定熱流量 或功率絕對(duì)法包括平板法，圓柱體法，圓球體法，橢球體法< 比較法 包括縱向熱流發(fā)，徑向熱流法，比較器法、穩(wěn)態(tài)法1、qgrad t待測(cè)試樣在一個(gè)不隨時(shí)間而變化的溫度場(chǎng)里，當(dāng)達(dá)到熱平衡后，一次測(cè)出導(dǎo)熱系 數(shù)公式中的值，即可得到導(dǎo)熱系數(shù)。2、穩(wěn)態(tài)法實(shí)施過(guò)程中面對(duì)的問(wèn)題穩(wěn)態(tài)法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)是面對(duì)的兩個(gè)根本問(wèn)題-要得到一個(gè)與建立物理模型是所作的假設(shè)相符合的熱流圖像1、 設(shè)計(jì)一種裝置，把熱流約束在規(guī)定的方向（沿著一維方向流

2、動(dòng)）2、設(shè)計(jì)各種形狀式樣，以便于數(shù)學(xué)描述3、推導(dǎo)相應(yīng)的數(shù)學(xué)公式描述便于制備的樣品的熱流圖像-待測(cè)樣品的熱流速率1、測(cè)定流過(guò)試樣的熱量2、測(cè)定用來(lái)加熱試樣的熱量3、同時(shí)測(cè)定全部或部分的輸入熱量和熱損4、使熱量等同通過(guò)待測(cè)樣和標(biāo)樣 三、非穩(wěn)態(tài)法試樣的溫度分布隨時(shí)間變化，測(cè)試時(shí)往往是使試樣的某一部分溫度作突然的或周期性的變化。測(cè)試中的標(biāo)準(zhǔn)樣品：-必要性：為縮短研制周期并對(duì)測(cè)試裝置的準(zhǔn)確度或誤差作必要的驗(yàn)證-入選標(biāo)樣的要求：在寬廣溫度范圍有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，易于加工，價(jià)格合適-常用標(biāo)樣：一種是作為非金屬材料即導(dǎo)熱系數(shù)較小的一類材料的標(biāo)準(zhǔn)樣品一一多晶:-ai2o3另一種是作為金屬材料即導(dǎo)熱系數(shù)較大的

3、一類材料的標(biāo)準(zhǔn)樣品一一阿姆可工業(yè)純鐵第三節(jié)平板法1、平板法是一種試樣形狀為圓盤(pán)形或方板型的縱向熱流法，按其是否直接測(cè)定 熱流量或功率，又可分為絕對(duì)法和比較法兩種。2、平板法優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：試樣容易制備，操作方便；具有相當(dāng)高的測(cè)試準(zhǔn)確度和實(shí)驗(yàn)溫度。 缺點(diǎn)：試樣太大，加工困難，徑向熱損很難減小到最低限度，測(cè)試周期長(zhǎng)。 因此已被許多國(guó)家列為低導(dǎo)熱系數(shù)材料的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法。平板法的靦樺型拓鏗形或方板骸試樣內(nèi)產(chǎn)生-個(gè)沿縱 向的穩(wěn)定的乜熱汎再根據(jù)傅立葉定律的數(shù)學(xué)式（42）,計(jì)算曲 導(dǎo)腦數(shù)入險(xiǎn)対于具有縱向騒的圓形幌平壁試樣©2）弍3、平板內(nèi)縱向一維熱流如何實(shí)現(xiàn)（1）利用試樣的低導(dǎo)熱系數(shù)特點(diǎn)，把試樣做的

4、很薄，直徑很大。（2）把試樣夾在帶有加熱器的熱板和沒(méi)有加熱器的冷板間，試樣冷面和熱面的重心區(qū)域便 有一較好的等溫面，等溫面之間產(chǎn)生均勻的熱流。4、測(cè)定Q方法很多，直接測(cè)主發(fā)熱器電功率，也可以在試樣的冷面用水卡計(jì)測(cè)定。5、平板法也可以測(cè)纖維或粉末材料的導(dǎo)熱系數(shù)，試樣需要用試樣匣，匣蓋和匣底均用高熱 導(dǎo)的金屬或碳化硅簿圓片做成。平板法還可以測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)較小的液態(tài)物質(zhì)，注意防止對(duì)流傳熱，控制液體沿?zé)崃鞣较虻暮穸取?、導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試誤差隨著不同試樣和不同溫度而變化。一般，熱導(dǎo)高的材料，在較低溫 度下測(cè)量時(shí)誤差較大，反之則小。7、雙平板法：用兩塊平板試樣夾住主發(fā)熱器，并增加了一個(gè)頂發(fā)熱器。優(yōu)點(diǎn)：在試樣的冷

5、面不再需要一厚層隔熱材料，可使測(cè)試的溫度提高。缺點(diǎn)：試樣的尺寸比較大，為了防止側(cè)向熱損，需要在側(cè)向進(jìn)行精心的熱保護(hù)。小小經(jīng)驗(yàn)：1溫差電偶：又稱熱電偶。利用溫差電現(xiàn)象制成的一種元件。利用兩種能產(chǎn)生顯著溫差電現(xiàn)象的金屬絲（如銅和康銅）a、b焊接而成。其一端置于待測(cè)溫度t處，另一端（冷端）置于恒定的已知溫度的物質(zhì)（如冰水混和物）中。這樣，回路中將產(chǎn)生一定的溫差電動(dòng)勢(shì)，可由電流 計(jì)直接讀出待測(cè)溫度值。溫差電偶的主要用途是測(cè)量溫度。2、二次儀表：接受由變送器、轉(zhuǎn)換器、傳感器（包括熱電偶、熱電阻）等送來(lái)的電或氣信號(hào)，并指示所檢測(cè)的過(guò)程工藝參數(shù)量值的儀表。第四節(jié)圓柱體法一、分類圓柱體法按其熱流方向分包括徑向

6、熱流法和縱向熱流法。 縱向熱流法較多；測(cè)定低熱導(dǎo)材料用徑向熱流法比較多。一般，測(cè)定高熱導(dǎo)材料用無(wú)機(jī)非金屬材料一般都具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，常采用圓柱體法中的徑向熱流法。二、物理模型Q單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)長(zhǎng)度為無(wú)的環(huán)形圓筒壁試樣的熱量;卞力和乩分別為圓筒璧內(nèi)外半徑和直檜L 一圓俺壁試枠筆溫帶的長(zhǎng)度乍九滄分別為圓筒壁試樣叫和心處的溫度°三、減少熱損1把圓柱體做成長(zhǎng)度與直徑之比等于或大于8以上的無(wú)限圓柱體，這將帶來(lái)制備上的困難；把較長(zhǎng)的圓柱體試樣制成許多塊圓盤(pán)再疊合起來(lái)，沿著軸向疊合在一起的圓盤(pán)之間的接觸熱阻大大減少了沿著軸向的熱損，同時(shí)也大大減小了制備的困難。2、可在試樣的兩端加各加一個(gè)保護(hù)加熱器

7、。3、在圓柱體徑向熱流法中還可以在圓柱體外表面加熱，在內(nèi)表面放置吸熱器，使熱流由圓 柱體外表面向內(nèi)流到內(nèi)壁。4、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：有相當(dāng)高的測(cè)試準(zhǔn)確度，實(shí)驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)試溫度比較高（這為啥會(huì)是優(yōu)點(diǎn)呢？是不是因?yàn)楦邷乇鹊蜏匾子趯?shí)現(xiàn)）缺點(diǎn)：試樣制備比較困難，在一定程度上限制了它的范圍。5、同心圓柱體法測(cè)試粉末、纖維和其它疏松材料的導(dǎo)熱系數(shù)，試樣被裝填在兩個(gè)同心的圓柱體的空腔中，在里面的加熱器裝有加熱器或吸熱器。第五節(jié)圓球體法一、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于發(fā)熱器被試樣完全包裹，熱流幾乎毫無(wú)損失的從空心圓球體的試樣的內(nèi)表面徑向 的傳導(dǎo)到外表面。不需要任何防治熱損的輔助加熱器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試準(zhǔn)確度比較高。

8、缺點(diǎn)：試樣很難制備；其等溫面是高度彎曲的，不利于溫度的正確測(cè)量，不利于放熱電偶。二、模型圓球休法的物理模型是半一個(gè)空心球體試樣*受到一個(gè)均勻分布于球心的熱源加熱，圓球體試樣的內(nèi)球面和外球面，以及同一直徑的任一球面都是一介第溫球曲°在這腔等溫球面疋厠將嚴(yán)生一個(gè)從喝球中心沿経向到網(wǎng)球外董面的穩(wěn)定的一維熱流,；根描傳 立葉定律的數(shù)學(xué)式（4£）可計(jì)算出它的導(dǎo)熱系數(shù)河于具有徑 向熱流的單層圓球壁試樣，（42）式則轉(zhuǎn)換成（1-曲）空,職Q單位時(shí)間鞫通過(guò)空心園球壁試樣詢熱量扌 爲(wèi),分別為圓球囉的內(nèi)徑和外輕£'；仏輸分別為圓球壁試樣魯和一魯處的溫度。三、同心圓球體法測(cè)試粉

9、末、纖維和其它疏松材料的導(dǎo)熱系數(shù)，試樣被裝填在兩個(gè)同心的圓柱體的空腔中，在里面的加熱器裝有加熱器或吸熱器。第六節(jié)橢球體法1、與眾不同之處橢球體法引入了產(chǎn)生均勻熱流的體積因子2、橢球體法外出了具有圓球體法的一切優(yōu)點(diǎn)之外，還有一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在接近橢球短軸平 面的等溫面比較平坦，這對(duì)放置熱電偶和提高溫度的準(zhǔn)確度是非常有利的。缺點(diǎn)：試樣比圓球體法更難制備。第七節(jié) 第七節(jié) 縱向熱流比較法一、絕對(duì)法和比較法1、定義絕對(duì)法：在測(cè)試中，都要直接測(cè)定流經(jīng)試樣的熱流量，或者測(cè)定由主發(fā)熱器產(chǎn)生的功率。比較法：只要測(cè)出待測(cè)試樣與之相串聯(lián)的已知導(dǎo)熱系數(shù)的參考試樣 （不懂哎，這個(gè)已知的導(dǎo)熱系數(shù)跟參考系數(shù)有啥關(guān)系嗎？要求它們

10、相等嗎？）的溫度梯度，并設(shè)法使流經(jīng)試樣和參考試樣的熱流量相等，就可計(jì)算出試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。2、比較法原理空空5式中，-試樣沿?zé)崃鞣较蛏纤鶞y(cè)溫差之間的長(zhǎng)度in入一 7理7 她週(4 15)F與熱流相垂直的試樣的面積°腳注1和2分別表示參考試樣和待測(cè)試樣。測(cè)試中，通常使待測(cè)試樣和參考試樣具有同樣的截面積F和 測(cè)溫點(diǎn)距離J3,則（4-16）式可簡(jiǎn)化為：入日=入十刁（4-17）（1）比較法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：比絕對(duì)法簡(jiǎn)單的多；設(shè)備比較簡(jiǎn)單，易于操作和控制試樣。缺點(diǎn)：增加了測(cè)溫點(diǎn)，附加了參考試樣導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試誤差，總的測(cè)試準(zhǔn)確度不高；不易找到許多與導(dǎo)熱系數(shù)相近的參考試樣。（2 ）困難：如何防止在試樣縱向

11、因分布不均而引起的側(cè)向熱損（3 ）原因及解決途徑A、原因：待測(cè)試樣和參考試樣導(dǎo)熱系數(shù)的差別解決途徑：盡量選用導(dǎo)熱系數(shù)和待測(cè)試樣相近的參考試樣B、原因：試樣交界面之間的熱阻解決途徑：在試樣界面間嵌入金屬箔并在試樣縱向加壓，利用高溫和壓力下金屬箔的延展性和高導(dǎo)熱性質(zhì)來(lái)改善界面的接觸。第八節(jié)徑向熱流比較法1、分類：分為同軸圓柱體法和圓盤(pán)法2、 同軸圓柱體法 優(yōu)點(diǎn)：特別適用于放射性物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試，圍在待測(cè)試樣的外壁的參 考試樣能起到對(duì)放射性的防護(hù)作用。3、圓盤(pán)法：一般用來(lái)測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)比較低的試樣。第九節(jié)熱比較器法上述介紹的各種導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試方法，其共同特點(diǎn)是測(cè)試周期長(zhǎng)，設(shè)備龐雜，操作也不方便。熱比較器法能同時(shí)客服這些缺點(diǎn)，其也屬于導(dǎo)熱系數(shù)的比較法。使用范圍：適用于固體物質(zhì)、液體和氣體導(dǎo)熱系數(shù)的