導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量方法
點(diǎn)擊次數(shù)：7738 更新時(shí)間：2022-06-15
導(dǎo)熱系數(shù)
測(cè)量方法
導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法，分為穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法（又稱為非穩(wěn)態(tài)法）兩類；
穩(wěn)態(tài)法有：平板法、護(hù)板法、熱流計(jì)法、熱箱法等
瞬態(tài)法有：法、探針?lè)?、熱盤(pán)法、熱帶法、激光法等
各種測(cè)試方法，有其自身的適用范圍。由于物質(zhì)具有固、液、氣三種狀態(tài)，不同狀態(tài)時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)差異很大；而不同狀態(tài)時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量也會(huì)有很大的不同；相比于固體、液體和氣體的測(cè)量更加困難，因?yàn)榱黧w狀態(tài)物質(zhì)內(nèi)更容易發(fā)生自然對(duì)流，溫度場(chǎng)會(huì)很快發(fā)生變化，需要采集的速度相當(dāng)快（如1秒），以避開(kāi)自然對(duì)流的影響，所以對(duì)于儀器的要求會(huì)更高。
穩(wěn)態(tài)法
穩(wěn)態(tài)法是指當(dāng)待測(cè)試樣上溫度分布達(dá)到穩(wěn)定后，即試樣內(nèi)溫度分布是不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定的溫度場(chǎng)時(shí)，通過(guò)測(cè)定流過(guò)試樣的熱量和溫度梯度等參數(shù)來(lái)計(jì)算材料的導(dǎo)熱系數(shù)的方法。它是利用穩(wěn)定傳熱過(guò)程中，傳熱速率等于散熱速率的平衡條件來(lái)測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)。
穩(wěn)態(tài)法具有原理清晰、模型簡(jiǎn)單、可準(zhǔn)確直接地獲得熱導(dǎo)率值等優(yōu)點(diǎn)，并適于較寬溫區(qū)的測(cè)量；缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)條件苛刻、測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)；穩(wěn)態(tài)法中，為了獲得準(zhǔn)確的熱流，需要嚴(yán)格保證測(cè)試系統(tǒng)的絕熱條件，附設(shè)補(bǔ)償加熱器并增加保溫措施，以減小漏熱損失；為了獲得準(zhǔn)確的溫度，需要布置多根熱電偶；為了保證一維導(dǎo)熱，通常對(duì)樣品的尺寸要求較大，而且為了保證整個(gè)受熱面溫度場(chǎng)的均勻一致，對(duì)樣品表面的平整度要求較高。
穩(wěn)態(tài)法主要用于測(cè)量固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)，而要把它用于研究濕材料會(huì)遇到很大困難，因?yàn)樵嚇訒?huì)由于長(zhǎng)時(shí)間保證一定的溫度場(chǎng)而引起含濕量的變化，這將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不正確。
瞬態(tài)法
隨著新材料的發(fā)展，對(duì)測(cè)試速度的要求大大提高，而且因?yàn)樾虏牧系亩鄻有裕ǘ鄬樱嗫祝?，傳統(tǒng)的方法獲得的參數(shù)并不能準(zhǔn)確反映材料的性質(zhì)，傳統(tǒng)的模型也不能準(zhǔn)確反映所要研究的過(guò)程，因此瞬態(tài)法開(kāi)始廣受關(guān)注。
瞬態(tài)法是指實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中試樣溫度隨時(shí)間變化，通過(guò)測(cè)量試樣內(nèi)某些點(diǎn)溫度變化的情況以及其他一些需要的參數(shù)，從而確定試樣導(dǎo)熱系數(shù)的方法，其分析的出發(fā)點(diǎn)是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程。
瞬態(tài)法可分為周期熱流法和瞬態(tài)熱流法，而瞬態(tài)熱流法中的瞬態(tài)法、熱盤(pán)法、熱帶法、探針?lè)ê蜏?zhǔn)穩(wěn)態(tài)法屬于直接測(cè)量，閃光法、運(yùn)動(dòng)熱源法和比較法等方法屬于間接測(cè)量，其直接獲得的是試樣的熱擴(kuò)散率，通過(guò)已知的比熱，密度間接求解導(dǎo)熱系數(shù)的方法，由于這類方法需要用到材料的比熱和密度值，因而導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度受到這兩個(gè)物理量準(zhǔn)確度的限制。瞬態(tài)法是目前應(yīng)用范圍廣的測(cè)量方法，可以測(cè)量氣體、液體、固體等物質(zhì)，測(cè)量準(zhǔn)確度高。探針?lè)▽?shí)質(zhì)上是一種更為實(shí)用的線熱源法，主要用于測(cè)量食品、生物組織、土壤和其他松散材料的導(dǎo)熱系數(shù)。由于測(cè)試速度快，試件制作要求低，使用儀器簡(jiǎn)單，特別適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。
瞬態(tài)法的優(yōu)勢(shì)在于速度快、可以獲得跟傳統(tǒng)法相當(dāng)或者更好的測(cè)試精度，而且對(duì)試樣的要求低（通常需要很少量的樣品）；但從理論上看，瞬態(tài)法的導(dǎo)熱微分方程比較復(fù)雜，邊界條件難以準(zhǔn)確確定，而且獲得準(zhǔn)確的溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系也比較困難。但是近幾十年來(lái)，隨著測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，瞬態(tài)法由于測(cè)量時(shí)間短、性高和對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)而得到了大力的發(fā)展。
2005 年，由英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室（National Physical Laboratory）發(fā)起，聯(lián)合歐洲多個(gè)國(guó)家物性研究實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合制定了關(guān)于瞬態(tài)法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)-Standard forContact Transient Methods of Measurement of Thermophysical Properties。
