導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法

關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法導(dǎo)熱系數(shù)的測量方法導(dǎo)熱系數(shù)（又稱熱導(dǎo)率）是反映材料熱傳導(dǎo)性質(zhì)的物理量，表示材料導(dǎo)熱能力的大小。某種材料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與構(gòu)成材料的物質(zhì)種類密切相關(guān)，而且還與它的微觀結(jié)構(gòu)、溫度、壓力及雜質(zhì)含量有關(guān)。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)中，所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實(shí)驗(yàn)的方法精確測定。第2頁,共12頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)態(tài)法平板法熱流計(jì)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(dǎo)熱系數(shù)的測量方法第3頁,共12頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)態(tài)法

第4頁,共12頁，2024年2月25日，星期天球體法實(shí)驗(yàn)儀器球壁導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)第5頁,共12頁，2024年2月25日，星期天圓球法測定絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)是以同心球壁穩(wěn)定導(dǎo)熱規(guī)律作為基礎(chǔ)。在球坐標(biāo)中，考慮到溫度僅隨半徑r而變，故是一維穩(wěn)定溫度場導(dǎo)熱。實(shí)驗(yàn)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(dāng)加熱時間足夠長時，球壁導(dǎo)熱儀將達(dá)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(dǎo)出導(dǎo)熱系數(shù)λ的計(jì)算公式。第6頁,共12頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)傅立葉定理，經(jīng)過物體的熱流量有如下的關(guān)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(dǎo)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(jìn)行分離變量，并根據(jù)上述條件取定積分得

（44-2）第7頁,共12頁，2024年2月25日，星期天

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(jì)算出所測隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)。事實(shí)上，由于給出的λ是隔熱材料在平均溫度tm=（t1+t2）/2時的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，在實(shí)驗(yàn)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(jì)算出平均溫度tm下隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)。改變t1

和t2

，則可得到導(dǎo)熱系數(shù)與溫度關(guān)系的曲線。第8頁,共12頁，2024年2月25日，星期天1.球壁導(dǎo)熱儀

實(shí)驗(yàn)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(guān)將熱電偶信號傳遞到電位差計(jì)，由電位差計(jì)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12頁，2024年2月25日，星期天圖44-1球壁導(dǎo)熱儀實(shí)驗(yàn)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(guān)6.熱電偶冷端7.電位差計(jì)8.調(diào)壓器

9.電壓表10.電流表11.絕熱材料第10頁,共12頁，2024年2月25日，星期天

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(dǎo)線，注意確保球體嚴(yán)格同心。檢查連線無誤后通電，使測試儀溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)（約3～4小時）。3.用溫度計(jì)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(yīng)保證各相應(yīng)點(diǎn)的溫度不隨時間變化（實(shí)驗(yàn)中以電位差計(jì)顯示變化小于0.02mv為準(zhǔn)），溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時再記錄。共測試3組，取其平均值。5.測定并繪制絕