導熱系數(shù)的測定方法

導熱系數(shù)的測定方法第1頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一導熱系數(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(zhì)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(gòu)成材料的物質(zhì)種類密切相關，而且還與它的微觀結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及雜質(zhì)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。第2頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一穩(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3ω法導熱系數(shù)的測量方法第3頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一穩(wěn)態(tài)法

第4頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一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)第5頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一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(nèi)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(nèi)外壁面溫度分別恒為t1

和t2

。根據(jù)這種狀態(tài)，可以推導出導熱系數(shù)λ的計算公式。第6頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)傅立葉定理，經(jīng)過物體的熱流量有如下的關系：

（44-1）式中：

Q──單位時間內(nèi)通過球面的熱流量，W；

λ

──絕熱材料的導熱系數(shù)，W/m·℃；dt/dr—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(jù)上述條件取定積分得

（44-2）第7頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一

其中：r1、r2分別為內(nèi)球外半徑和外球內(nèi)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(nèi)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。第8頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一1.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(nèi)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(nèi)殼壁溫度）；均焊接在殼壁上。通過轉(zhuǎn)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(nèi)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(jīng)調(diào)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。第9頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一圖44-1球壁導熱儀實驗裝置

1.內(nèi)球殼2.外球殼3.電加熱器4.熱電偶熱端5.轉(zhuǎn)換開關6.熱電偶冷端7.電位差計8.調(diào)壓器

9.電壓表10.電流表11.絕熱材料第10頁，共11頁，2023年，2月20日，星期一

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安裝儀器儀表并連接導線，注意確保球體嚴格同心。檢查連線無誤后通電，使測試儀溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)（約3～4小時）。3.用溫度計測出熱電偶冷端的溫度t0。4.每間隔5～10分鐘測定一組溫度數(shù)據(jù)（內(nèi)上、內(nèi)下、外上、外下）。讀數(shù)應保證各相應點的溫度不隨時間變化（實驗中以電位差計顯示