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中級(jí)會(huì)員 | 第17年

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導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀瞬態(tài)熱線(xiàn)法測(cè)量原理

時(shí)間:2019-10-28閱讀:2753
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導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀采用瞬態(tài)熱線(xiàn)法,含交叉線(xiàn)法和平行線(xiàn)法,主要測(cè)量固態(tài)和粉狀材料在不同溫度下導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)(熱擴(kuò)散系數(shù))和比熱容。具有度、分辨率、復(fù)現(xiàn)性等點(diǎn)。由計(jì)算機(jī)控制行自動(dòng)測(cè)量。廣泛適用于研究院校、質(zhì)檢、廠(chǎng)礦等對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量。

本儀器是在我廠(chǎng)原HDRX2基礎(chǔ)上重新行開(kāi)發(fā),提了測(cè)量度和重現(xiàn)性,結(jié)構(gòu)更加合理,使用更方便。型號(hào)分類(lèi):HDRX3A主要采用交叉熱線(xiàn)法(也可用平行線(xiàn)法測(cè)量5w/mk以下的材料);HDRX3B采用平行線(xiàn)法,測(cè)量小于25w/mk的材料。

儀器參考標(biāo)準(zhǔn):GB/5990-86《定形隔熱耐火制品導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)方法(熱線(xiàn)法)》;GB/T17106-1997《耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)方法(平行線(xiàn)法)》;GB 11205-89《橡膠熱導(dǎo)率的測(cè)定(瞬態(tài)熱絲法)》; GB/T10297-1998《非金屬固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定(熱線(xiàn)法)》等。

 

瞬態(tài)熱線(xiàn)法測(cè)量原理

瞬態(tài)熱線(xiàn)法的理論基礎(chǔ)是無(wú)限大介質(zhì)中的徑向維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。設(shè)有根半徑為ro的無(wú)限長(zhǎng)金屬線(xiàn)源豎直地插入液體中,線(xiàn)源的熱導(dǎo)率無(wú)限大,熱容量近似為零,液體和線(xiàn)源在初始時(shí)刻處于熱平衡,設(shè)平衡溫To,當(dāng)突然給線(xiàn)源加恒定的熱q時(shí),熱量從線(xiàn)源傳遞給被測(cè)材料。

Carslaw和Jaeger基于材料對(duì)無(wú)限小、長(zhǎng)熱線(xiàn)源恒定熱的溫度響應(yīng)給出了熱線(xiàn)法計(jì)算材料導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)學(xué)解:

                            (1)

式中θ為探溫升,Tt時(shí)刻探溫度,T0為探初始溫度,q為加熱率,λ為樣品導(dǎo)熱系數(shù),α為樣品熱擴(kuò)散系數(shù),r為測(cè)試徑向位置,Ei為數(shù)積分函數(shù),其表達(dá)式為:

                                   (2)

其中μ=r2/4αt,當(dāng)r2/4αt << 1時(shí),可用其前兩項(xiàng)表示,從而得到

                          (3)

其中歐拉常數(shù)C=0.57726。對(duì)上式兩端取微分可得到樣品導(dǎo)熱系數(shù)

                           (4)

以上推導(dǎo)忽略了探的尺寸和熱容等影響因素,實(shí)際測(cè)量中,由于探具有定體積和熱容,因此在探開(kāi)始加熱時(shí),樣品溫升會(huì)有個(gè)時(shí)間滯后,在對(duì)數(shù)時(shí)間—溫升曲線(xiàn)圖上表現(xiàn)為非線(xiàn)性段,這個(gè)時(shí)間取決于探針尺寸和結(jié)構(gòu),之后入線(xiàn)性段,后曲線(xiàn)將趨于平穩(wěn)。本儀器采用用篩選數(shù)據(jù)法取線(xiàn)性段上的數(shù)據(jù)行線(xiàn)性擬合,從而得到導(dǎo)熱系數(shù)值。當(dāng)材料的導(dǎo)熱系數(shù)已計(jì)算出,也就能計(jì)算出熱擴(kuò)散系數(shù)。

比熱通過(guò)如下公式計(jì)算:

          C=λ/(a*p)

a:熱擴(kuò)散率,單位m2s

λ:導(dǎo)熱系數(shù),單位W(m·K)

p:密度,單位gm3

C:比熱容,單位KJ(kg·K)

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