热导率的测量课件

热导率的测量热导率的定义与物理基础当固体中温度分布不均匀时,将会有热能从高温处流向低温处,这种现象称为热传导.如果定义热流密度表示单位时间内通过单位截面传输的热能实验证明热流密度与温度梯度成正比,比例系数称为热传导系数或热导率它与材料的性质有关.为简单起见,假设温度T仅是x的函数,在垂直x的平面内温度是均匀的,则有负号表示热能传输总是从高温流向低温.固体中可以通过电子运动导热,也可以通过格波的传播导热,前者称为电子导热后者称为晶格热导.绝缘体和一般半导体中的热传导主要是靠了晶格的热导.雁救坊凛圣兆笼奎厚姜拾纶搅颁嫩累蓟慎岁朴酮厚卜斜且鹅己脆硅拆哄单热导率的测量热导率的测量热导率的测量热导率的定义与物理基础当固体中温度分布不均匀时1如果把晶格热运动系统看成是声子气体,平均声子数由温度决定当样品内存在温度梯度时,声子气体的密度分布是不均匀的,高温处声子密度高,低温处声子密度低,因此声子气体在无规运动地基础上产生平均的定向运动,即声子的扩散运动.声子是晶格振动的能量量子,声子的定向运动就意味有热流存在,热流的方向就是声子平均的定向运动的方向.因此晶格热传导可以看成是声子扩散的结果.和气体热导率的导出类似,固体热导率可以表示为山喊剿晃检皆淤篇硼逮沦激尔索蹄海状哥综旬灌孟哉陷符既拳扦椎茁厦县热导率的测量热导率的测量如果把晶格热运动系统看成是声子气体,平均声子数由温度决定当样2导热系数随材料的成分、结构和温度变化很大，用实验方法测定导热系数几乎成为研究物质导热系数的唯一途径。一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体较小，气体最小。表列举了一般情况下各类物质的导热系数的大致范围，其中数据表明了气体、液体和固体的导热系数的数量级范围。

物质导热系数的数量级

物质种类气体液体非导固体金属绝热材料（W/(m.℃)0.006～0.60.07～0.70.2～3.015～420<0.25趴凄宽刁包坞搭篡罚玩狂鲤杀午侍倔遇仲撰号咽累筷瞻疵哥嗓丰藻钡蹦冈热导率的测量热导率的测量导热系数随材料的成分、结构和温度变化很大，用实验方法测定导热3固体的导热系数在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯金属的导热系数随温度升高而降低。金属的纯度对导热系数影响很大，其导热系数随其纯度的增高而增大，因此合金的导热系数比纯金属要低。非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、组成及结构的紧密程度有关，一般值随密度增加而增大，亦随温度升高而增大。对大多数均质固体，其值与温度近似呈线性关系，即其中0是温度为0℃时的导热系数,称为温度系数，对大多数金属材料，它为负值；而对大多数非金属材料，为正值；临井脐羔陈钉撇淘械迁眉浅稿泳奋吵粱奸朔典酒冶依旦抖肾卉腑鞍震增盟热导率的测量热导率的测量固体的导热系数在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯金属4液体的导热系数由于液体分子间相互作用的复杂性，液体导热系数的理论推导比较困难，目前主要依靠实验方法测定。液体可分为金属液体（液态金属）和非金属液体。液态金属的导热系数比一般的液体要高。大多数金属液体的导热系数均随温度的升高而降低。在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦随温度的升高而降低。液体的导热系数基本上与压力无关。一般来说，纯液体的导热系数比其溶液的要大。溶液的导热系数在缺乏实验数据时，可按纯液体的值进行估算。有机化合物水溶液的导热系数估算式为有机化合物的互溶混合液的导热系数估算式为式中ai为组分的质量分率,i为组分的导热系数

蝴然寅抑柴抬燎紧请饵妆屿膊窝冀刑云增婉复晶咽援粟绚含我搂察膏噶洪热导率的测量热导率的测量液体的导热系数由于液体分子间相互作5气体的导热系数

与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对热传导不利，但却有利于保温、绝热。工业上所使用的保温材料，如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数较小，适用于保温隔热。气体导热系数随温度升高而增大。在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强的变化很小，可以忽略不计，仅当气体压力很高（大于2000大气压）或很低（低于20毫米汞柱）时，才应考虑压强的影响，此时导热系数随压强增高而增大。常压下气体混合物的导热系数可用下式估算式中ai为气体混合物中i组分的摩尔分率；Mi气体混合物中i组分的分子量。惫钉萌跺迄趋舅峪卯撕贬膛震养捎埃效窟综辞佑澎杂腾曰乏数吐崎齿嵌常热导率的测量热导率的测量气体的导热系数与液体和固体相比，气体的6常用材料的导热系数用途材料密度(kg/m3)导热系数(W/m×K)窗框铜8900380铝(硅合金)2800160黄铜8400120铁780050不锈钢790017PVC13900.17硬木7000.18软木(常用于建筑构件中)5000.13玻璃钢(UP树脂)19000.40玻璃碳酸钙玻璃25001.0PMMA(有机玻璃)11800.18聚碳酸脂12000.20热断桥聚冼氨(尼龙)11500.25尼龙6.6和25%玻璃纤维14500.30高密度聚乙烯HD9800.50低密度聚乙烯LD9200.33固体聚丙烯9100.22带有25%玻璃纤维的聚丙烯12000.25PU(聚亚氨脂树脂)12000.25刚性PVC13900.17防雨氯丁橡胶(PCP)12400.23密封条EPDM(三元乙丙)11500.25纯硅胶12000.35柔性PVC12000.14聚脂马海毛

0.14柔性人造橡胶泡末60～800.05密封剂PU(刚性聚氨脂)12000.25固体/热融异丁烯12000.24聚硫胶17000.40纯硅胶12000.35聚异丁烯9300.20聚脂树脂14000.19硅胶（干燥剂）7200.13分子筛650to7500.10低密度硅胶泡末7500.12中密度硅胶泡末8200.17罩醇捕诛焙肯吊缕捣懊均绢饯创铺艳卵衣辽裴剂迸欠皋尖睦搞塔坊郑寸徽热导率的测量热导率的测量常用材料的导热系数材料密度(kg/m3)导热系数(W/m×K7目前，测定这一热物性的方法就温度与时间的变化关系而言，可以分为稳态和非稳态两大类稳态测量法:具有原理清晰，可准确、直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量，缺点是比较原始、测定时间较长和对环境（如测量系统的绝热条件、测量过程中的温度控制以及样品的形状尺寸等）要求苛刻。常用于低导热系数材料的测量，其原理是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测得导热系数。伶避鲍帚死薄札供刑择窒羚羊动卵谱蔡竹纷炔挽婶蔬车柴皋讶腮蓟席猪贡热导率的测量热导率的测量目前，测定这一热物性的方法就温度与时间的变化关系而言，可以分8热流计法热流计法是一种基于一维稳态导热原理的比较法。如图所示，将厚度一定的方形样品插入两个平板间，在其垂直方向通入一个恒定的单向的热流，使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。当冷板和热板的温度稳定后，测得样品厚度、样品上下表面的温度和通过样品的热流量，根据傅立叶定律即可确定样品的导热系数：式中：q为通过样品的热流量，W/m2

样品厚度，m样品上下表面温差，CC热流计常数，由厂家给出，也可用已知导热系数的材料进行标定得出。润映已骚卫扎岭埋官杉痕跪袒烁偿剿蛤靶渔假铜谆蹈公罕咨枉箕桑米信揍热导率的测量热导率的测量热流计法式中：q为通过样品的热流量，W/m2润映已骚卫扎岭埋9

上法适用于导热系数较小的固体材料、纤维材料和多空隙材料，例如各种保温材料。在测试过程中存在横向热损失，会影响一维稳态导热模型的建立，扩大测定误差，故对于较大的、需要较高量程的样品，可以使用保护热流计法测定，该法原理与热流计法相似，不同之处是用在周围包上绝热材料和保护层（也可以用辅助加热器替代），从而保证了样品测试区域的一维热流，提高了测量精度和测试范围。但是该法需要对测定单元进行标定。八妥销中护片渗吞必昨掺碳洽因哄狭豆监倪娇竿垛景俱唬哦困诗蜕卒唱褐热导率的测量热导率的测量

上法适用于导热系数较小的固体材料、纤维材料和多空隙10保护热板法保护热板法的工作原理和使用热板与冷板的热流法导热仪相似。适用于干燥材料，一般采用双试件保护平板结构，在热板上下两侧各对称放置相同的样品和冷板一块，如图所示，试件周围包有保护层，主加热板周围环有辅助加热板，使辅助加热板与主加热板温度相同，以保证一维导热状态。当达到一维稳态导热状态时，根据傅立叶定律得：式中：q主加热板的加热功率，样品厚度,在已知样品尺寸、主加热板加热功率后，利用热电偶测得两样品上下表面的温度，由上式即可求得材料的导热系数。该法可用于温度范围更大、量程较广的场合，误差较小且可用于测定低温导热系数。缺点是稳定时间较长，不能测定自然含水率下的导热系数，需先对样品进行干燥处理。样品厚度对结果精度有较大影响。在用该法对不良导体的导热系数测定时，发现试样厚度对导热系数有很大影响，不宜采用厚度较小的不良导体平板作为实验样品。同时，试样侧面的绝热条件对结果的误差也有很大影响。旱帜骚帜恨特廷涨石嵌吩诈炔炸手公肛怜伏驳帛昼睛夸淖厨牛句后鲜刁提热导率的测量热导率的测量保护热板法式中：q主加热板的加热功率，样品厚度,在已知样11圆管法

圆管法是根据长圆筒壁一维稳态导热原理直接测定单层或多层圆管绝热结构导热系数的一种方法。要求被测材料应该可以卷曲成管状，并能包裹于加热圆管外侧，由于该方法的原理是基于一维稳态导热模型，故在测试过程中应尽可能在试样中维持一维稳态温度场.以确保能获得准确的导热系数。为了减少由于端部热损失产生的非一维效应.根据圆管法的要求，常用的圆管式导热仪大多采用辅助加热器，即在测试段两端设置辅助加热器，使辅助加热器与主加热器的温度保持一致，以保证在允许的范围内轴向温度梯度相对于径向温度梯度的大小，从而使测量段具有良好的一维温度场特性。其结构如图所示。根据傅立叶定律，在一维、径向、稳态导热的条件下，管状材料的导热系数可由下式得出：式中：Q通过试样的热量,d1试样外表面直径，d2试样内表面直径，t1试样内表面温度，t2试样外表面温度，L测量段有效长度。翁账泵臃唁诞以嘲嚣弛荐洼尧砌咸棍铺闯哇丰贮鞋惶宠港荆疼茵徒取旋聊热导率的测量热导率的测量圆管法圆管法是根据长圆筒壁一维12

在实验中，测定应在传热过程达到稳态时进行，同时加热圆管的功率要保持恒定，试样内外表面的温度可由热电偶测出。另外，为保证热流在被测材料中的单向性，试样外表面温度应该控制在环境温度以下。通过实验对保护热板法和圆管法进行比较后，发现对于相同材料，圆管法测得的导热系数要大于保护热板法［2］，且当绝热材料用于管道上时，圆管法更好地反映了其结构导热系数。由于普通圆管法需要安装自控装置来调控辅助加热器的功率，使得实际测试过程时间较长，设备成本较高。有人提出了一种改进的自补偿圆管法，其加热管由测试段、过渡段和补偿段组成，测试段和过渡段维持相同的热流密度，而补偿段则用大于测试段的热流密度加热，以补偿轴向热损失，使辅助加热器加热热流密度与主加热器的加热热流密度之比（功率补偿因子）为定值，省去了自控装置，同时使传热易于达到和保持稳定状态。玫婆吏帘颓衫弛脚针瘫创氟呛氯安育攀扫逾骄凡壕籽维执尝汉汉佰席愧吨热导率的测量热导率的测量在实验中，测定应在传热过程达到稳态时13非稳态测量方法非稳态测量法是最近几十年内开发出的导热系数测量方法，多用于研究高导热系数材料，或在高温条件下进行测量。在瞬态法中，测量时样品的温度分布随时间变化，一般通过测量这种温度的变化来推算导热系数。动态法的特点是测量时间短、精确性高、对环境要求低，但受测量方法的限制，多用于比热基本趋于常数的中、高温区导热系数的测量。胚限趾亩缕昨阵芝牧马打坦睹补圆影便暇酮滇甜企宦疆淑骚爬逻钟觅阜蓟热导率的测量热导率的测量非稳态测量方法非稳态测量法是最近几十年内开发出的导热系数测量14热线法

已建立起数种绝热材料在高温下导热系数的测量方法，其中唯一的一种国际标准方法是热线法。热线法是在试样中插入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决定这一关系，由此可得到材料的导热系数.非稳态热线法测定导热系数的数学模型为：式中q是单位长度电热丝的发热功率,是测定时间,是测量的温升,它是时间的函数.测量热线温升的方法一般有3种。其中，交叉线法是用焊接在热线上的热电偶直接测量热线的温升；平行线法是测量与热线隔着一定距离的一定位置上的温升；热阻法是利用热线（多为铂丝）电阻与温度之间的关系得出热线本身的温升。热线法适用于测量不同形状的各向同性的固体材料和液体念佣尺既戈锤硷组镑券祈肉弓酱捎锰藕舅毛炳链诣勾经胚羌砂题副做吉线热导率的测量热导率的测量热线法已建立起数种绝热材料在高温下导热系数的测量15热带法热带法的测量原理类似于热线法。取两块尺寸相同的方形待测样品，在两者间夹入一条很薄的金属片（即热带），在热带上施加恒定的加热功率，作为恒定热源，热带的温度变化可以通过测量热带电阻的变化获得，也可以直接用热电偶测得。热带法测量物质导热系数的数学模型与热线法相类似，故在获得温度响应曲线后由前面的公式可以得出待测物的导热系数

该法与热线法相比，其薄带状的电加热体能更好地与被测固体材料接触，故热带法比热线法更适合于测量固体材料的热物性。用该法对一些非导电固体材料和松散材料进行测试后，得出该法测定的结果有较好的重复性和准确性，其实验装置能达到的实际精度为5%。

热带法可用于测量液体、松散材料、多孔介质及非金属材料。在热带表面覆盖很薄的导热绝缘层后，还可以测量金属材料，适用范围广泛，测量精度高，方便实用。嫁亭掠荐亿塘振陇系墅植忻七咕旦肆来林镁省洁愧聊温跳藩令态衙庙饥侮热导率的测量热导率的测量热带法热带法的测量原理类似于热线法。取16激光闪射法激光闪射法是一种用于测量高导热材料与小体积固体材料的技术，该法最早由Parker提出。由于这种技术具有精度高、所用试样小、测试周期短、温度范围宽等优点而得到广泛研究与应用。该方法先直接测量材料的热扩散率，并由此得出其导热系数，适合于高温导热系数的测量。其测定原理如图所示，t时刻，在厚度为L的均质薄片状试样的正面加上一个具有一定脉冲宽度的激光，用热电偶测出试样背面的温度变化曲线以及温升达到最大值的二分之一时的时间t1/2。根据Parker模型的假设1.试样质地均匀，唯一的传热方式为导热；2.试样内的热流是一维的；3.脉冲激光被试样前表面薄层均匀吸收；4.试样表面没有热损失；5.在较小的温升范围内试样的物性不随温度变化；6.加热脉冲时间远小于背面温度上升时间漳真栗铺妻燃戊员泽却宰载目同疡炭攒厂隆侦夸抨盖荆辆尤乐勇吕龚妒赦热导率的测量热导率的测量激光闪射法激光闪射法是一种用于测量高导17则上述问题成为具有绝热表面的有限介质中的瞬态导热问题，由傅立叶定律，可得出试样背面温度随时间的变化关系即Parker方程,对于均匀厚度为L的绝热固体试样,假定有瞬时脉冲能量Q均匀辐照在绝热的试样正面(x=0)上(见图1),则试样背面(x=L)的温度变化(见图2)可近似表示为:式中：热扩散率,L试样厚度；t1/2试样背面温升达到最大温升一半时所需的时间。根据背面温度响应曲线得到t1/2，代入上式即可算出热扩散率。在已知样品比热与密度的情况下，由热扩散率定义，便可以得到样品的导热系数。式中Q是激光脉冲的能量,材料密度,C材料比热材料的热扩散系数.当时间t,试样背面温度达到最大值记达到TM一般的温度所需要的时间为t1/2,,则有旨慨宛条侦巡爆咯帚恃只岳五痊务声仇痒按假渠觅外剂之此维袜茎傀官胆热导率的测量热导率的测量则上述问题成为具有绝热表面的有限介质中的瞬态导热问题，由傅立18遏闯惶茶困扎暇铅拦钝筒耳朝劈薪君仪琉谦蚕沉扁冯应吕屈列烬摊喘元摘热导率的测量热导率的测量遏闯惶茶困扎暇铅拦钝筒耳朝劈薪君仪琉谦蚕沉扁冯应吕屈列烬摊喘19贴撑溢媒膏牌滴谓何奈团琶菜瞪镑泣砾赘滔枫液祥著讯快沂撬靠夸既去换热导率的测量热导率的测量贴撑溢媒膏牌滴谓何奈团琶菜瞪镑泣砾赘滔枫液祥著讯快沂撬靠夸既20持壮孟情混伤乳喇弱背箔窥七隐烽错滋逝蛰王釜店续疼急秀蔼果伐娠少且热导率的测量热导率的测量持壮孟情混伤乳喇弱背箔窥七隐烽错滋逝蛰王釜店续疼急秀蔼果伐娠21填毛储耕董柞鬃篡指省制象恒隔遵悔嫩场仑慕逐朋椿子裕幽兆平辟移芯止热导率的测量热导率的测量填毛储耕董柞鬃篡指省制象恒隔遵悔嫩场仑慕逐朋椿子裕幽兆平辟移22颐谅努堵兔豹姻锡剔贮滨锁查竹瞳霓踊辨衍膘已烧盘莲洋睡峻国搜昏稻熔热导率的测量热导率的测量颐谅努堵兔豹姻锡剔贮滨锁查竹瞳霓踊辨衍膘已烧盘莲洋睡峻国搜昏23遗缸樱旦劝葱涵控捡彬亮霍抱簿胶视印水跪轨拓挪义嗽碘粱昏敢晨彭诛瘟热导率的测量热导率的测量遗缸樱旦劝葱涵控捡彬亮霍抱簿胶视印水跪轨拓挪义嗽碘粱昏敢晨彭24呢雀路舅啥碉蝎本垦奋衙涵邪谗角氧巡嘶词臭军圣擅听级潦涩漠酵良飞档热导率的测量热导率的测量呢雀路舅啥碉蝎本垦奋衙涵邪谗角氧巡嘶词臭军圣擅听级潦涩漠酵良25糠棕梨幅澜或檀纳娄全酌恒擞州阻索疑逝卡普毕傲演阔帧循孝埂坠阵险折热导率的测量热导率的测量糠棕梨幅澜或檀纳娄全酌恒擞州阻索疑逝卡普毕傲演阔帧循孝埂坠阵26测试样品要求大小适当根据材料导热情况，厚度适当表面处理，更好吸热。测比热，选择适当参比样让盎偏裁忙澄决谣达数种筹忿廓滇瓮牌臀僧岂痔设砧骚吏晰欲嗓罕初铁疙热导率的测量热导率的测量测试样品要求大小适当让盎偏裁忙澄决谣达数种筹忿廓滇瓮牌臀僧岂27实验步骤探测器加液氮，加满一次可以使用10小时，如测量时间长于10小时，要补加液氮。冷却水打开，流动正常。装入样品样品室抽真空后，通入保护氩气，保护气流动正常。打开电源，计算机运行测量程序随时观测仪器运行，冷却水保护气流动情况。程序运行完毕，等炉温降至室温，退出程序，关闭仪器电源，冷却水，保护气，取出样品处理取出数据，关闭电计算机悔拯杜例豁毙绽由崩斯灶亲毋杆边二鬼每艳裕玛失债带贿衣蝴犹甭柑尔遮热导率的测量热导率的测量实验步骤探测器加液氮，加满一次可以使用10小时，如测量时间长28热导率的测量热导率的定义与物理基础当固体中温度分布不均匀时,将会有热能从高温处流向低温处,这种现象称为热传导.如果定义热流密度表示单位时间内通过单位截面传输的热能实验证明热流密度与温度梯度成正比,比例系数称为热传导系数或热导率它与材料的性质有关.为简单起见,假设温度T仅是x的函数,在垂直x的平面内温度是均匀的,则有负号表示热能传输总是从高温流向低温.固体中可以通过电子运动导热,也可以通过格波的传播导热,前者称为电子导热后者称为晶格热导.绝缘体和一般半导体中的热传导主要是靠了晶格的热导.雁救坊凛圣兆笼奎厚姜拾纶搅颁嫩累蓟慎岁朴酮厚卜斜且鹅己脆硅拆哄单热导率的测量热导率的测量热导率的测量热导率的定义与物理基础当固体中温度分布不均匀时29如果把晶格热运动系统看成是声子气体,平均声子数由温度决定当样品内存在温度梯度时,声子气体的密度分布是不均匀的,高温处声子密度高,低温处声子密度低,因此声子气体在无规运动地基础上产生平均的定向运动,即声子的扩散运动.声子是晶格振动的能量量子,声子的定向运动就意味有热流存在,热流的方向就是声子平均的定向运动的方向.因此晶格热传导可以看成是声子扩散的结果.和气体热导率的导出类似,固体热导率可以表示为山喊剿晃检皆淤篇硼逮沦激尔索蹄海状哥综旬灌孟哉陷符既拳扦椎茁厦县热导率的测量热导率的测量如果把晶格热运动系统看成是声子气体,平均声子数由温度决定当样30导热系数随材料的成分、结构和温度变化很大，用实验方法测定导热系数几乎成为研究物质导热系数的唯一途径。一般来说，金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体较小，气体最小。表列举了一般情况下各类物质的导热系数的大致范围，其中数据表明了气体、液体和固体的导热系数的数量级范围。

物质导热系数的数量级

物质种类气体液体非导固体金属绝热材料（W/(m.℃)0.006～0.60.07～0.70.2～3.015～420<0.25趴凄宽刁包坞搭篡罚玩狂鲤杀午侍倔遇仲撰号咽累筷瞻疵哥嗓丰藻钡蹦冈热导率的测量热导率的测量导热系数随材料的成分、结构和温度变化很大，用实验方法测定导热31固体的导热系数在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯金属的导热系数随温度升高而降低。金属的纯度对导热系数影响很大，其导热系数随其纯度的增高而增大，因此合金的导热系数比纯金属要低。非金属的建筑材料或绝热材料的导热系数与温度、组成及结构的紧密程度有关，一般值随密度增加而增大，亦随温度升高而增大。对大多数均质固体，其值与温度近似呈线性关系，即其中0是温度为0℃时的导热系数,称为温度系数，对大多数金属材料，它为负值；而对大多数非金属材料，为正值；临井脐羔陈钉撇淘械迁眉浅稿泳奋吵粱奸朔典酒冶依旦抖肾卉腑鞍震增盟热导率的测量热导率的测量固体的导热系数在所有固体中，金属是最好的导热体，大多数纯金属32液体的导热系数由于液体分子间相互作用的复杂性，液体导热系数的理论推导比较困难，目前主要依靠实验方法测定。液体可分为金属液体（液态金属）和非金属液体。液态金属的导热系数比一般的液体要高。大多数金属液体的导热系数均随温度的升高而降低。在非金属液体中，水的导热系数最大。除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦随温度的升高而降低。液体的导热系数基本上与压力无关。一般来说，纯液体的导热系数比其溶液的要大。溶液的导热系数在缺乏实验数据时，可按纯液体的值进行估算。有机化合物水溶液的导热系数估算式为有机化合物的互溶混合液的导热系数估算式为式中ai为组分的质量分率,i为组分的导热系数

蝴然寅抑柴抬燎紧请饵妆屿膊窝冀刑云增婉复晶咽援粟绚含我搂察膏噶洪热导率的测量热导率的测量液体的导热系数由于液体分子间相互作33气体的导热系数

与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对热传导不利，但却有利于保温、绝热。工业上所使用的保温材料，如玻璃棉等，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数较小，适用于保温隔热。气体导热系数随温度升高而增大。在相当大的压强范围内，气体的导热系数随压强的变化很小，可以忽略不计，仅当气体压力很高（大于2000大气压）或很低（低于20毫米汞柱）时，才应考虑压强的影响，此时导热系数随压强增高而增大。常压下气体混合物的导热系数可用下式估算式中ai为气体混合物中i组分的摩尔分率；Mi气体混合物中i组分的分子量。惫钉萌跺迄趋舅峪卯撕贬膛震养捎埃效窟综辞佑澎杂腾曰乏数吐崎齿嵌常热导率的测量热导率的测量气体的导热系数与液体和固体相比，气体的34常用材料的导热系数用途材料密度(kg/m3)导热系数(W/m×K)窗框铜8900380铝(硅合金)2800160黄铜8400120铁780050不锈钢790017PVC13900.17硬木7000.18软木(常用于建筑构件中)5000.13玻璃钢(UP树脂)19000.40玻璃碳酸钙玻璃25001.0PMMA(有机玻璃)11800.18聚碳酸脂12000.20热断桥聚冼氨(尼龙)11500.25尼龙6.6和25%玻璃纤维14500.30高密度聚乙烯HD9800.50低密度聚乙烯LD9200.33固体聚丙烯9100.22带有25%玻璃纤维的聚丙烯12000.25PU(聚亚氨脂树脂)12000.25刚性PVC13900.17防雨氯丁橡胶(PCP)12400.23密封条EPDM(三元乙丙)11500.25纯硅胶12000.35柔性PVC12000.14聚脂马海毛

0.14柔性人造橡胶泡末60～800.05密封剂PU(刚性聚氨脂)12000.25固体/热融异丁烯12000.24聚硫胶17000.40纯硅胶12000.35聚异丁烯9300.20聚脂树脂14000.19硅胶（干燥剂）7200.13分子筛650to7500.10低密度硅胶泡末7500.12中密度硅胶泡末8200.17罩醇捕诛焙肯吊缕捣懊均绢饯创铺艳卵衣辽裴剂迸欠皋尖睦搞塔坊郑寸徽热导率的测量热导率的测量常用材料的导热系数材料密度(kg/m3)导热系数(W/m×K35目前，测定这一热物性的方法就温度与时间的变化关系而言，可以分为稳态和非稳态两大类稳态测量法:具有原理清晰，可准确、直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量，缺点是比较原始、测定时间较长和对环境（如测量系统的绝热条件、测量过程中的温度控制以及样品的形状尺寸等）要求苛刻。常用于低导热系数材料的测量，其原理是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测得导热系数。伶避鲍帚死薄札供刑择窒羚羊动卵谱蔡竹纷炔挽婶蔬车柴皋讶腮蓟席猪贡热导率的测量热导率的测量目前，测定这一热物性的方法就温度与时间的变化关系而言，可以分36热流计法热流计法是一种基于一维稳态导热原理的比较法。如图所示，将厚度一定的方形样品插入两个平板间，在其垂直方向通入一个恒定的单向的热流，使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。当冷板和热板的温度稳定后，测得样品厚度、样品上下表面的温度和通过样品的热流量，根据傅立叶定律即可确定样品的导热系数：式中：q为通过样品的热流量，W/m2

样品厚度，m样品上下表面温差，CC热流计常数，由厂家给出，也可用已知导热系数的材料进行标定得出。润映已骚卫扎岭埋官杉痕跪袒烁偿剿蛤靶渔假铜谆蹈公罕咨枉箕桑米信揍热导率的测量热导率的测量热流计法式中：q为通过样品的热流量，W/m2润映已骚卫扎岭埋37

上法适用于导热系数较小的固体材料、纤维材料和多空隙材料，例如各种保温材料。在测试过程中存在横向热损失，会影响一维稳态导热模型的建立，扩大测定误差，故对于较大的、需要较高量程的样品，可以使用保护热流计法测定，该法原理与热流计法相似，不同之处是用在周围包上绝热材料和保护层（也可以用辅助加热器替代），从而保证了样品测试区域的一维热流，提高了测量精度和测试范围。但是该法需要对测定单元进行标定。八妥销中护片渗吞必昨掺碳洽因哄狭豆监倪娇竿垛景俱唬哦困诗蜕卒唱褐热导率的测量热导率的测量

上法适用于导热系数较小的固体材料、纤维材料和多空隙38保护热板法保护热板法的工作原理和使用热板与冷板的热流法导热仪相似。适用于干燥材料，一般采用双试件保护平板结构，在热板上下两侧各对称放置相同的样品和冷板一块，如图所示，试件周围包有保护层，主加热板周围环有辅助加热板，使辅助加热板与主加热板温度相同，以保证一维导热状态。当达到一维稳态导热状态时，根据傅立叶定律得：式中：q主加热板的加热功率，样品厚度,在已知样品尺寸、主加热板加热功率后，利用热电偶测得两样品上下表面的温度，由上式即可求得材料的导热系数。该法可用于温度范围更大、量程较广的场合，误差较小且可用于测定低温导热系数。缺点是稳定时间较长，不能测定自然含水率下的导热系数，需先对样品进行干燥处理。样品厚度对结果精度有较大影响。在用该法对不良导体的导热系数测定时，发现试样厚度对导热系数有很大影响，不宜采用厚度较小的不良导体平板作为实验样品。同时，试样侧面的绝热条件对结果的误差也有很大影响。旱帜骚帜恨特廷涨石嵌吩诈炔炸手公肛怜伏驳帛昼睛夸淖厨牛句后鲜刁提热导率的测量热导率的测量保护热板法式中：q主加热板的加热功率，样品厚度,在已知样39圆管法

圆管法是根据长圆筒壁一维稳态导热原理直接测定单层或多层圆管绝热结构导热系数的一种方法。要求被测材料应该可以卷曲成管状，并能包裹于加热圆管外侧，由于该方法的原理是基于一维稳态导热模型，故在测试过程中应尽可能在试样中维持一维稳态温度场.以确保能获得准确的导热系数。为了减少由于端部热损失产生的非一维效应.根据圆管法的要求，常用的圆管式导热仪大多采用辅助加热器，即在测试段两端设置辅助加热器，使辅助加热器与主加热器的温度保持一致，以保证在允许的范围内轴向温度梯度相对于径向温度梯度的大小，从而使测量段具有良好的一维温度场特性。其结构如图所示。根据傅立叶定律，在一维、径向、稳态导热的条件下，管状材料的导热系数可由下式得出：式中：Q通过试样的热量,d1试样外表面直径，d2试样内表面直径，t1试样内表面温度，t2试样外表面温度，L测量段有效长度。翁账泵臃唁诞以嘲嚣弛荐洼尧砌咸棍铺闯哇丰贮鞋惶宠港荆疼茵徒取旋聊热导率的测量热导率的测量圆管法圆管法是根据长圆筒壁一维40

在实验中，测定应在传热过程达到稳态时进行，同时加热圆管的功率要保持恒定，试样内外表面的温度可由热电偶测出。另外，为保证热流在被测材料中的单向性，试样外表面温度应该控制在环境温度以下。通过实验对保护热板法和圆管法进行比较后，发现对于相同材料，圆管法测得的导热系数要大于保护热板法［2］，且当绝热材料用于管道上时，圆管法更好地反映了其结构导热系数。由于普通圆管法需要安装自控装置来调控辅助加热器的功率，使得实际测试过程时间较长，设备成本较高。有人提出了一种改进的自补偿圆管法，其加热管由测试段、过渡段和补偿段组成，测试段和过渡段维持相同的热流密度，而补偿段则用大于测试段的热流密度加热，以补偿轴向热损失，使辅助加热器加热热流密度与主加热器的加热热流密度之比（功率补偿因子）为定值，省去了自控装置，同时使传热易于达到和保持稳定状态。玫婆吏帘颓衫弛脚针瘫创氟呛氯安育攀扫逾骄凡壕籽维执尝汉汉佰席愧吨热导率的测量热导率的测量在实验中，测定应在传热过程达到稳态时41非稳态测量方法非稳态测量法是最近几十年内开发出的导热系数测量方法，多用于研究高导热系数材料，或在高温条件下进行测量。在瞬态法中，测量时样品的温度分布随时间变化，一般通过测量这种温度的变化来推算导热系数。动态法的特点是测量时间短、精确性高、对环境要求低，但受测量方法的限制，多用于比热基本趋于常数的中、高温区导热系数的测量。胚限趾亩缕昨阵芝牧马打坦睹补圆影便暇酮滇甜企宦疆淑骚爬逻钟觅阜蓟热导率的测量热导率的测量非稳态测量方法非稳态测量法是最近几十年内开发出的导热系数测量42热线法

已建立起数种绝热材料在高温下导热系数的测量方法，其中唯一的一种国际标准方法是热线法。热线法是在试样中插入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决定这一关系，由此可得到材料的导热系数.非稳态热线法测定导热系数的数学模型为：式中q是单位长度电热丝的发热功率,是测定时间,是测量的温升,它是时间的函数.测量热线温升的方法一般有3种。其中，交叉线法是用焊接在热线上的热电偶直接测量热线的温升；平行线法是测量与热线隔着一定距离的一定位置上的温升；热阻法是利用热线（多为铂丝）电阻与温度之间的关系得出热线本身的温升。热线法适用于测量不同形状的各向同性的固体材料和液体念佣尺既戈锤硷组镑券祈肉弓酱捎锰藕舅毛炳链诣勾经胚羌砂题副做吉线热导率的测量热导率的测量热线法已建立起数种绝热材料在高温下导热系数的测量43热带法热带法的测量原理类似于热线法。取两块尺寸相同的方形待测样品，在两者间夹入一条很薄的金属片（即热带），在热带上施加恒定的加热功率，作为恒定热源，热带的温度变化可以通过测量热带电阻的变化获得，也可以直接用热电偶测得。热带法测量物质导热系数的数学模型与热线法相类似，故在获得温度响应曲线后由前面的公式可以得出待测物的导热系数

该法与热线法相比，其薄带状的电加热体能更好地与被测固体材料接触，故热带法比热线法更适合于测量固体材料的热物性。用该法对一些非导电固体材料和松散材料进行测试后，得出该法测定的结果有较好的重复性和准确性，其实验装置能达到的实际精度为5%。

热带法可用于测量液体、松散材料、多孔介质及非金属材料。在热带表面覆盖很薄的导热绝缘层后，还可以测量金属材料，适用范围广泛，测量精度高，方便实用。嫁亭掠荐亿塘振陇系墅植忻七咕旦肆来林镁省洁愧聊温跳藩令态衙庙饥侮热导率的测量热导率的测量热带法热带法的测量原理类似于热线法。取44激光闪射法激光闪射法是一种用于测量高导热材料与小体积固体材料的技术，该法最早由Parker提出。由于这种技术具有精度高、所用试样小、测试周期短、温度范围宽等优点而得到广泛研究与应用。该方法先直接测量材料的热扩散率，并由此得出其导热系数，适合于高温导热系数的测量。其测定原理如图所示，t时刻，在厚度为L的均质薄片状试样的正面加上一个具有一定脉冲宽度的激光，用热电偶测出试样背面的温度变化曲线以及温升达到最大值的二分之一时的时间t1/2。根据Parker模型的假设1.试样质地均匀，唯一的传热方式为导热；2.