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)施過程中面對(duì)的問題穩(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)定流過試樣的熱量2、測(cè)定用來加熱試樣的熱量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）等送來的電或氣信號(hào)，并指示所檢測(cè)的過程工藝參數(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)通過長(zhǎng)度為無的環(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以上的無限圓柱體，這將帶來制備上的困難；把較長(zhǎng)的圓柱體試樣制成許多塊圓盤再疊合起來，沿著軸向疊合在一起的圓盤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、圓盤法：一般用來測(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