物體傳導(dǎo)熱量的能力,又稱(chēng)為熱導(dǎo)率。定義為單位溫度梯度(在1m長(zhǎng)度內(nèi)溫度降低1K)在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的熱量。單位為瓦每米開(kāi)爾文[W/(m·K)],此處的K可用℃代替。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法現(xiàn)已發(fā)展了多種,它們有不同的適用領(lǐng)域、測(cè)量范圍、精度、準(zhǔn)確度和試樣尺寸要求等,不同方法對(duì)同一樣品的測(cè)量結(jié)果可能會(huì)有較大的差別,因此選擇合適的測(cè)試方法是首要的。
目前導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量方法分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類(lèi),下面我們來(lái)說(shuō)說(shuō)穩(wěn)定法中的具體方法及原理。
穩(wěn)態(tài)法是經(jīng)典的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法,至今仍受到廣泛應(yīng)用。其原理是利用穩(wěn)定傳熱過(guò)程中,傳熱速率等于散熱速率的平衡狀態(tài),根據(jù)傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型,由通過(guò)試樣的熱流密度、兩側(cè)溫差和厚度,計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)。
穩(wěn)態(tài)法適合在中等溫度下測(cè)量的導(dǎo)熱系數(shù)材料。適用于巖土、塑料、橡膠、玻璃、絕熱保溫材料等低導(dǎo)熱系數(shù)材料。
1.熱流計(jì)法
熱流計(jì)法是一種比較法,是用校正過(guò)的熱流傳感器測(cè)量通過(guò)樣品的熱流,得到的是導(dǎo)熱系數(shù)的值。測(cè)量時(shí),將厚度一定的樣品插入于兩個(gè)平板間,設(shè)置一定的溫度梯度。使用校正過(guò)的熱流傳感器測(cè)量通過(guò)樣品的熱流,傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸。測(cè)量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過(guò)樣品的熱流便可計(jì)算試樣的導(dǎo)熱系數(shù)。熱流法測(cè)試材料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍比較窄(0.015-5W/m·k),溫度范圍為熱板90℃,冷板0℃~70℃。
2.動(dòng)態(tài)法
動(dòng)態(tài)法是新開(kāi)發(fā)的方法,用于研究高導(dǎo)熱系數(shù)材料,或在高溫度條件下進(jìn)行測(cè)量。工作原理是:提供樣品一固定功率的熱源,記錄樣品本身溫度隨時(shí)間的變化情形,由時(shí)間與溫度變化的關(guān)系求得樣品的熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和熱容。
適合于測(cè)量高導(dǎo)熱系數(shù)材料或在高溫條件下的測(cè)量。適用于金屬、石墨烯、合金、陶瓷、粉末、纖維等同質(zhì)均勻的材料。