導熱系數(shù)的測定方法

導熱系數(shù)的測定方法導熱系數(shù)的測量方法導熱系數(shù)（又稱熱導率）是反映材料熱傳導性質的物理量，表示材料導熱能力的大小。某種材料的導熱系數(shù)不僅與構成材料的物質種類密切相關，而且還與它的微觀結構、溫度、壓力及雜質含量有關。在科學實驗和工程設計中，所用材料的導熱系數(shù)都需要用實驗的方法精確測定。不穩(wěn)定溫度場:溫度場內如果各點溫度隨時間而改變

穩(wěn)定溫度場:溫度不隨時間而改變等溫面：溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面。

因為空間同一點不能同時具有兩個不同的溫度，所以不同的等溫面彼此不能相交。t1t2t1>t2等溫面Q溫度場t+tt-ttnQdA

溫度梯度是一個點的概念。溫度梯度是一個向量。

方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增的方向為正溫度梯度：溫度場中，某一點等溫面法線方向上的溫度變化率。

λ---導熱率/導熱系數(shù)，W/（m·K）或W/（m·℃）,

越大，導熱性能越好；

A---導熱面積，m2；

dt/dx---負值(溫度降低的方向)，K/

m或

℃/m

）

Q---導熱速率，正值，W，J/s；傅立葉定律—熱傳導的基本定律傅立葉定律：單位時間內傳導的熱量Q與溫度梯度dt/dx及垂直于熱量方向的導熱面積A成正比。即：

Q=-λAdt/dx式中加負號--熱流方向與溫度梯度的方向相反。導熱率（導熱系數(shù)）由傅立葉定律

影響λ的因素很多，主要是物質的種類(固、液、氣)和溫度。

λ—當溫度梯度為1時，單位時間內通過單位導熱面積的熱量。λ的大小表征物質的導熱能力，是物質的一個重要的物性參數(shù)(和ρ，λ，μ一樣).c.

金屬的純度對導熱系數(shù)影響很大如：含碳為1%的普通碳鋼的導熱系數(shù)為45W/m·K，不銹鋼的導熱系數(shù)僅為15

W/m·K。a.在所有固體中，金屬是最好的導熱體。1.固體的導熱系數(shù)

δ.一般，T↑，λ純金屬↓表4-1常用固體材料的導熱系數(shù)固體溫度，℃導熱系數(shù)，λ

(W/m·K)鋁300230銅100377熟鐵1861鑄鐵5348銀100412鋼(1%C)1845不銹鋼2016石墨0151石棉板500.17石棉0～1000.15耐火磚

1.04保溫磚0～1000.12～0.21建筑磚200.69絨毛毯0～1000.047棉毛300.050玻璃301.09軟木300.043最大

金屬液體－導熱系數(shù)λ較高液體非金屬液體－導熱系數(shù)λ較低c.一般來說，λ溶液<λ純液體。a.在非金屬液體中，水的導熱系數(shù)最大。2.液體的導熱系數(shù)δ.絕大多數(shù)液體（除水和甘油）：T↑，λ液↓表4-2液體的導熱系數(shù)液體溫度，℃導熱系數(shù)，λ

W/m·K

醋酸50%200.35苯300.16氯化鈣鹽水30%300.55乙醇80%200.24甘油60%200.38甘油40%200.45正庚烷300.14水銀288.36硫酸90%300.36硫酸60%300.43水300.62最大δ.在通常的壓力范圍內,其導熱系數(shù)隨壓力變化很小.c.氣體的導熱系數(shù)很小,故對導熱不利,但對保溫有利。3.氣體的導熱系數(shù)a.通常，T↑，λ氣↓在壓力大于200MPa時

p↑，λ氣

↑壓力小于2.7kPa(20mmHg)時故工程計算中?？珊雎詨毫怏w導熱系數(shù)的影響。表4-3氣體的導熱系數(shù)氣體溫度，℃導熱系數(shù),λ

W/m·K

氫00.17二氧化碳00.015空氣00.024空氣1000.031甲烷00.029水蒸汽1000.025氮00.024乙烯00.017氧00.024乙烷00.018最大

總體：λ固＞λ液＞λ氣4.絕熱材料的導熱率λ絕熱材料:與溫度、濕度、組成及結構的緊密程度有關。特點：纖維狀，多孔結構----孔隙空氣λ小ρ小，空氣多----密度小到一定值，孔隙尺寸越長，空氣對流和熱輻射傳熱作用增強，λ增大。所以，存在最佳密度，使λ最小。吸水---λ增大，保溫性能變差，所以，要防水。

λ—物質在溫度為t℃時的導熱系數(shù)，W/m·℃；

大多數(shù)均質的材料，其導熱系數(shù)與溫度近似成直線關系，可用下式表示λ=λ0(1+at)a—溫度系數(shù)，對大多數(shù)金屬材料為負值，而對大多數(shù)非金屬為正值，1/℃。λ0—物質在0℃時的導熱系數(shù)，W/m·℃；穩(wěn)態(tài)法平板法熱流計法非穩(wěn)態(tài)法瞬態(tài)熱線法瞬態(tài)平面熱源法探針法激光法3ωq:327870170tel熱系數(shù)的測量方法穩(wěn)態(tài)法

1.通過平壁的穩(wěn)定熱傳導1.1通過單層平壁的穩(wěn)定熱傳導假設：(1)A大，δ??；(2)材料均勻—λ為常數(shù)；(3)溫度僅沿x變化，且不隨時間變化。t1t2δtxdxQxQx+dx則：當x=0時，t=t1x=δ時，t=t2

若平壁側面的溫度t1及t2恒定，——邊界條件根據傅立葉定律

分離變量后積分（設不隨t而變）

得或式中Q─熱流量或傳熱速率，W或J/s；

A─平壁的面積，m2；

δ─平壁的厚度，m；─平壁的導熱系數(shù)，W/(m·℃)；

t1,t2─平壁兩側的溫度，℃?！居懻摗浚?/p>

1．可表示為推動力：熱阻：例1-1現(xiàn)有一厚度為240mm的磚壁，內壁溫度為600℃，外壁溫度為150℃。試求通過每平方米磚壁的熱量。已知該溫度范圍內磚壁的平均導熱系數(shù)λ=0.6W/m·℃。

=0.60×(600-150)/0.24=1125W/m2解：球體法實驗儀器球壁導熱儀適用材料用于測定粉狀、顆粒狀、纖維狀干燥材料在不同填充密度下的導熱系數(shù)圓球法測定絕熱材料的導熱系數(shù)是以同心球壁穩(wěn)定導熱規(guī)律作為基礎。在球坐標中，考慮到溫度僅隨半徑r而變，故是一維穩(wěn)定溫度場導熱。實驗時，在直徑為d1

和d2

的兩個同心圓球的圓殼之間均勻地填充被測材料（可為粉狀、粒狀或纖維狀），在內球中則裝有球形電爐加熱器。當加熱時間足夠長時，球壁導熱儀將達到熱穩(wěn)定狀態(tài)，內外壁面溫度分別恒為t1

和t2

。根據這種狀態(tài)，可以推導出導熱系數(shù)λ的計算公式。根據傅立葉定理，經過物體的熱流量有如下的關系：

（44-1）式中：

Q──

單位時間內通過球面的熱流量，W

；

λ

──

絕熱材料的導熱系數(shù)，W/m·℃

；dt/dx—

溫度梯度，℃/m

；A──

球面面積，A=4πr2，m2

。

對（44-1）式進行分離變量，并根據上述條件取定積分得

（44-2）

Q=-λAdt/dx

假定導熱系數(shù)λ為常數(shù)，在圓筒壁的內半徑r1和外半徑r2間進行積分分離變量得移項，得

r

dr

r2t1r1

dtt2t圖4-11單層平壁穩(wěn)態(tài)熱傳導

其中：r1、r2分別為內球外半徑和外球內半徑。積分得：

（44-3）

其中：Q為球形電爐提供的熱量。只要測出該熱量，即可計算出所測隔熱材料的導熱系數(shù)。事實上，由于給出的λ是隔熱材料在平均溫度tm=（t1+t2）/2時的導熱系數(shù)。因此，在實驗中只要保持溫度場穩(wěn)定，測出球徑d1和d2

，熱量Q以及內外球面溫度即可計算出平均溫度tm下隔熱材料的導熱系數(shù)。改變t1

和t2

，則可得到導熱系數(shù)與溫度關系的曲線。1.球壁導熱儀

實驗裝置圖如44–1所示。主要部件是兩個銅制同心球殼1、2，球殼之間均勻填充被測隔熱材料，內殼中裝有電熱絲繞成的球形電爐加熱器3.2.熱電偶測溫系統(tǒng)

銅—康銅熱電偶二支（測外殼壁溫度），鎳鉻—鎳鋁熱電偶兩支（測內殼壁溫度）；均焊接在殼壁上。通過轉換開關將熱電偶信號傳遞到電位差計，由電位差計檢測出內外壁溫度。3.電加熱系統(tǒng)

外界電源通過穩(wěn)壓器后輸出穩(wěn)壓電源，經調壓器供給球形電爐加熱器一個恒定的功率。用電流表和電壓表分別測量通過加熱器的電流和電壓。圖44-1球壁導熱儀實驗裝置

1.內球殼2.外球殼3.電加熱器4.熱電偶熱端5.轉換開關6.熱電偶冷端7.電位差計8.調壓器

9.電壓表10.電流表11.絕熱材料

1.將被測絕熱材料放置在烘箱中干燥，然后均勻地裝入球殼的夾層之中。2.按圖44-1安